如何定义一个只能在堆上(栈上)生成对象的类?

类的对象的生成

在C++中,类的对象建立分为两种,一种是静态建立,如A a;另一种是动态建立,如A* ptr=new A;这两种方式是有区别的。

静态建立一个类对象,是由编译器为对象在栈空间中分配内存,是通过直接移动栈顶指针,挪出适当的空间,然后在这片内存空间上调用构造函数形成一个栈对象。使用这种方法,直接调用类的构造函数。

动态建立类对象,是使用new运算符将对象建立在堆空间中。这个过程分为两步,第一步是执行operator new()函数,在堆空间中搜索合适的内存并进行分配;第二步是调用构造函数构造对象,初始化这片内存空间。这种方法,间接调用类的构造函数。


定义一个只能堆上生成的对象

类对象只能建立在堆上,就是不能静态建立类对象,即不能直接调用类的构造函数。

容易想到将构造函数设为私有。在构造函数私有之后,无法在类外部调用构造函数来构造类对象,只能使用new运算符来建立对象。然而new运算符的执行过程分为两步,首先调用operator new()函数,然后再调用构造函数。由于将构造函数设置为私有的,所以将不会再调用构造函数。因此,这种方法不可以。(构造函数不能设置为私有)

     当对象建立在栈上面时,是由编译器分配内存空间的,调用构造函数来构造栈对象。当对象使用完后,编译器会调用析构函数来释放栈对象所占的空间。编译器管理了对象的整个生命周期。如果编译器无法调用类的析构函数,情况会是怎样的呢?比如,类的析构函数是私有的,编译器无法调用析构函数来释放内存。所以,编译器在为类对象分配栈空间时,会先检查类的析构函数的访问性,其实不光是析构函数,只要是非静态的函数,编译器都会进行检查。如果类的析构函数是私有的,则编译器不会在栈空间上为类对象分配内存。

     因此,将析构函数设为私有,类对象就无法建立在栈上了。代码如下:

class Base
{
public:
Base()
{}
void Destory()
{
delete this;
}
private:
~Base()
{}
};

试着使用Base b;来建立对象,编译报错,提示析构函数无法访问。这样就只能使用new操作符来建立对象,构造函数是公有的,可以直接调用。类中必须提供一个Destory函数,来进行内存空间的释放。类对象使用完成后,必须调用Destory函数。

缺点:

1、问题一:无法解决继承问题。如果A作为其它类的基类,则析构函数通常要设为virtual,然后在子类重写,以实现多态。因此析构函数不能设为private。还好C++提供了第三种访问控制,protected。将析构函数设为protected可以有效解决这个问题,类外无法访问protected成员,子类则可以访问。

2、另一个问题是:类的使用很不方便,使用new建立对象,却使用Destory函数释放对象,而不是使用delete。(使用delete会报错,因为delete对象的指针,会调用对象的析构函数,而析构函数类外不可访问)这种使用方式比较怪异。为了统一,可以将构造函数设为protected,然后提供一个public的static函数来完成构造,这样不使用new,而是使用一个函数来构造,使用一个函数来析构。代码如下,类似于单例模式:

class Base
{
public:
static Base* Create()
{
return new Base();
}
void Destory()
{
delete this;
}
protected:
Base()
{}
~Base()
{}
};


定义一个只能栈上生成的对象

对于只能在栈上生成的对象,定义一个只能堆上生成的对象,只有使用new运算符对象才会建立在堆上,所以只要禁用new运算符就可以保证对象只能在栈上生成。将operator new()设为私有即可。代码如下:

class Base
{
public:
Base()
{}
~Base()
{}
private:
void * operator new(size_t)
{}
void operator delete(void* ptr)
{}
};


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