设计一个只能在堆上创建对象的类

本文详细阐述了如何设计一个仅能在堆上创建对象的类,通过将构造函数设为私有,并提供静态成员函数用于new操作,同时展示了如何避免拷贝构造函数被误用。

如何定义一个只能在堆上创建对象的类?

  首先我们要知道堆上和栈上存放的内容是什么?栈上面放的是形参和局部变量,对于堆,动态内存分配一般都是堆上的空间,比如malloc/calloc/realloc/free new/delete都是在分配堆上的空间。


  那么我们现在只能在堆上创建对象,也就意味着不能在栈上创建对象,也就是说不能出现局部变量,也不能创建全局变量,那么应该怎么做呢?
  1、那就是不能在类外使用构造函数创建对象,如果将构造函数都设为私有那么在堆上也不能创建对象了,所以我们要提供一个公有的成员函数来调用构造函数。在调用函数里使用 new 创建对象。
  2、在实现这个成员函数时要考虑一个问题:在类外都不能创建对象了,那么如何去调用这个成员函数呢? 那么我们将这个公有的成员函数定义为静态的问题就迎刃而解了。因为类静态成员即可用类名::静态成员或者对象.静态成员来访问 。这样就可以调到那个成员函数来创建堆上的对象。

class HeapOnly
{
public:
     //如果不定义为静态的,那么调用这个函数就要使用对象来调,可是这就是构造函数,之前是没有对象的,所以定义为静态函数就可以用HeapOnly::GetHeapObj()来调用。
    static HeapOnly* GetHeapObj()
    {
         return new HeapOnly;
    }
private:
    HeapOnly()   //1.如果只将构造函数设为私有的,那么虽然不能在栈上创建对象,
                 //在堆上也不能调用构造函数创建对象了。所以应该提供一个公有的成员函数来调构造
    {}
    //HeapOnly(const HeapOnly&);		//c++98
    HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;		//c++11
};
int main()
{
    HeapOnly* pobj = HeapOnly::GetHeapObj();   //在堆上创建对象
    return 0;
}

有心的大佬可以看见这里我将拷贝构造设为私有用的是c++11的方法,那么为什么不用c++98的方法呢?
这是因为c++98版本的写法有一点小瑕疵,那就是我可以通过在类外定义友元函数来调用这个私有的拷贝构造,这样同样是栈上的对象,用c++11的方法就不会出现这种问题,因为c++11这种写法相当于将拷贝构造函数变成了delete函数一样。所以不用考虑友元的情况。

<think>好的,用户想设计一个C++,使得该对象只能堆上创建。我需要回忆一下相关的知识,并参考提供的引用资料来给出正确的实现方法。 首先,C++中对象的创建有两种方式:栈上(静态创建)和堆上(动态分配)。栈上的对象通过直接声明,比如`A a;`,而堆上对象则使用`new`操作符,比如`A* ptr = new A();`。要限制对象只能堆上创建,就必须阻止用户在栈上创建对象。 根据引用[1]和[2],通常的做法是将析构函数设为私有或者受保护。因为当对象在栈上创建时,编译器会在作用域结束时自动调用析构函数。如果析构函数不可访问(比如私有),那么栈上对象的创建会导致编译错误。但是,这样做之后,用户也无法直接使用`delete`来释放堆上对象,所以需要提供一个公共的销毁方法,比如`destory()`,内部调用`delete this`。或者,可以将析构函数设为私有,并提供一个公有的`delete`方法。 另外,引用[3]提到,还有一种方法是重载`new`和`delete`操作符,但可能不太常见。不过更常见的是控制构造函数和析构函数的访问权限。 可能的步骤: 1. 将析构函数设为私有或受保护,阻止栈上的自动析构。 2. 提供静态的创建方法,返回对象的指针,比如`create()`方法,内部调用`new`。 3. 确保用户无法直接调用构造函数,所以构造函数也需要设为私有或受保护。 4. 可能需要禁用拷贝构造和赋值操作,避免通过其他方式创建对象。 例如,A的构造函数和析构函数设为私有,然后提供一个静态的create函数,返回A*。这样用户只能通过A::create()来生成对象,而无法直接实例化或者在栈上创建。 还需要考虑拷贝的问题,防止用户复制对象导致意外创建。因此,应该将拷贝构造函数和赋值运算符声明为删除或者私有,并不予实现。 参考引用[3]中的例子,正确的做法是析构函数私有,构造函数公有的话可能有问题?或者构造函数也设为私有,然后通过静态成员函数来创建对象。 可能存在的矛盾点:如果构造函数是私有的,那么用户无法直接调用new,因为new会调用构造函数,但构造函数不可访问。所以这时候必须通过一个静态成员函数来调用new,因为静态成员函数可以访问私有构造函数。 因此,正确的做法应该是: - 构造函数设为私有或受保护。 - 析构函数设为私有或受保护。 - 提供公共的静态成员函数来创建对象,返回指针。 - 提供公共的销毁方法,或者重载operator delete,但更常见的是提供一个destroy函数。 例如: class HeapOnly { public: static HeapOnly* create() { return new HeapOnly(); } void destroy() { delete this; } private: HeapOnly() {} ~HeapOnly() {} }; 这样用户只能通过HeapOnly::create()来创建对象,而无法在栈上构造,因为构造函数和析构函数都是私有的。同时,用户必须调用destroy来释放对象,或者可以结合智能指针来管理。 此外,还要防止用户通过拷贝构造函数或赋值操作来创建对象,所以需要将拷贝构造函数和赋值运算符设为删除或者私有。 可能还需要禁用移动构造函数等,但根据C++11后的标准,可以显式地删除这些函数。 总结步骤: 1. 私有构造函数和析构函数。 2. 静态工厂方法创建对象。 3. 公共销毁方法。 4. 禁用拷贝和赋值。 这样就能确保对象只能堆上创建。 另外,引用[2]中提到,可以通过将析构函数私有化,这样栈对象无法自动析构,导致编译错误。而对象需要用户自己调用delete,但由于析构函数不可访问,所以必须提供一个public的destroy方法,里面执行delete。 例如: class HeapOnly { public: void destroy() { delete this; // 需要析构函数可访问,所以析构函数需要是public?或者destroy是成员函数,可以访问私有析构函数? } private: ~HeapOnly() {} }; 但这样的话,构造函数如果是public,用户仍然可以在栈上创建对象,但无法析构,导致编译错误。但构造函数如果是public,用户可以在栈上构造对象,但无法析构,所以在编译阶段就会报错。 比如用户写HeapOnly obj; 会触发构造函数,而当离开作用域时,编译器尝试调用析构函数,但因为是私有的,所以报错。这样构造函数可以是public的,但析构函数是私有的。但这样用户无法直接调用析构函数,所以无法delete,必须通过destroy方法。 不过,此时用户仍然可以调用new HeapOnly(),但无法delete,所以必须通过destroy函数。 但这种方法的问题在于,构造函数如果是public的,用户还是可以在栈上创建对象,尽管析构时会失败。所以更安全的方法是将构造函数设为私有,这样无论是栈还是,用户都无法直接构造对象,必须通过静态方法创建。 所以正确的做法应该是: 构造函数和析构函数都设为private,然后提供静态方法创建对象,并提供一个destroy方法。 例如: class HeapOnly { public: static HeapOnly* create() { return new HeapOnly(); } void destroy() { delete this; } private: HeapOnly() {} ~HeapOnly() {} }; 这样用户无法在栈上创建对象,因为构造函数不可访问。也无法直接调用new HeapOnly(),因为构造函数是私有的,只能通过静态方法create来创建对象。 此时,用户必须通过HeapOnly* obj = HeapOnly::create(); 来创建对象,然后通过obj->destroy()来释放。 这种情况下,拷贝构造函数和赋值运算符应该被禁用,否则用户可能通过拷贝创建栈对象。例如: HeapOnly* obj1 = HeapOnly::create(); HeapOnly obj2 = *obj1; // 调用拷贝构造函数,但如果是私有的,就会报错。 因此,需要将拷贝构造函数和赋值运算符设为private或者delete: class HeapOnly { public: static HeapOnly* create() { return new HeapOnly(); } void destroy() { delete this; } // 删除拷贝构造函数和赋值运算符 HeapOnly(const HeapOnly&) = delete; HeapOnly& operator=(const HeapOnly&) = delete; private: HeapOnly() {} ~HeapOnly() {} }; 这样,用户无法通过拷贝来创建对象,进一步确保只能堆上创建。 总结:通过私有构造函数和析构函数,静态工厂方法,以及禁用拷贝构造和赋值,可以实现只能堆上创建对象。 另外,引用[3]中的方法可能也是似的,所以最终的实现应该是这样的结构。</think>要设计一个C++使其对象只能堆上创建,核心思路是**限制栈对象的构造和析构**,具体实现步骤如下: --- ### 一、禁用栈上构造的3个关键步骤 1. **私有化析构函数** 当析构函数不可访问时,编译器会阻止栈对象的自动析构[^2]。例如: ```cpp class HeapOnly { private: ~HeapOnly() {} // 析构函数私有化 }; ``` 此时声明栈对象`HeapOnly obj;`会因无法调用析构函数而编译报错。 2. **提供静态工厂方法** 通过静态成员函数`create()`动态创建对象,并返回指针: ```cpp class HeapOnly { public: static HeapOnly* create() { return new HeapOnly(); // 调用私有构造函数 } private: HeapOnly() {} // 构造函数私有化 ~HeapOnly() {} }; ``` 用户只能通过`HeapOnly* obj = HeapOnly::create();`创建对象。 3. **禁用拷贝和赋值操作** 通过`= delete`禁止拷贝构造函数和赋值运算符,防止通过拷贝创建对象: ```cpp class HeapOnly { public: // ...其他代码 HeapOnly(const HeapOnly&) = delete; HeapOnly& operator=(const HeapOnly&) = delete; }; ``` --- ### 二、完整代码示例 ```cpp class HeapOnly { public: static HeapOnly* create() { return new HeapOnly(); } void destroy() { delete this; // 手动释放对象 } // 禁用拷贝和赋值 HeapOnly(const HeapOnly&) = delete; HeapOnly& operator=(const HeapOnly&) = delete; private: HeapOnly() = default; // 构造函数私有 ~HeapOnly() = default; // 析构函数私有 }; ``` --- ### 三、使用方法 1. **创建对象** ```cpp HeapOnly* obj = HeapOnly::create(); // 正确:堆上创建 ``` 2. **销毁对象** ```cpp obj->destroy(); // 正确:调用私有析构函数 ``` 3. **禁止的操作** ```cpp HeapOnly obj1; // 错误:构造函数私有 HeapOnly obj2(*obj); // 错误:拷贝构造函数被删除 HeapOnly* obj3 = new HeapOnly(); // 错误:构造函数私有 ``` --- ### 四、原理解析 1. **栈对象限制** 栈对象在生命周期结束时需要自动调用析构函数,而私有析构函数阻止了这一过程。 2. **对象控制** 通过静态工厂方法`create()`,将构造过程封装在内部,确保用户只能通过`new`创建对象[^3]。 3. **内存管理** 提供`destroy()`方法替代直接`delete`操作,解决私有析构函数导致的释放问题。 ---
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