C++——特殊类设计-优快云博客

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一、设计一个类，不能被拷贝

拷贝只会发生在两个场景中：拷贝构造函数以及赋值运算符重载，因此想要让一个类禁止拷贝，只需要让该类不能调用拷贝构造函数以及赋值运算符重载即可。

C++98

将拷贝构造函数与运算符重载只声明不定义，并且将其访问权限设置成私有即可。
class CopyBan
{
    // ...
    
private:
    CopyBan(const CopyBan&);
    CopyBan& operator=(const CopyBan&);
    //...
};
原因：

设置成私有：如果只声明没有设置成private，用户自己如果在类外定义了，就可以不能禁止拷贝了
只声明不定义：不定义是因为该函数根本不会调用，定义了其实也没有什么意义，不写反而更简单，而且如果定义了就不会防止成员函数内部拷贝了

C++11

C++11扩展delete的用法，delete除了释放new申请的资源外，如果在默认成员函数后跟上=delete，表示让编译器删除掉该默认成员函数。
class CopyBan
{
    // ...
    CopyBan(const CopyBan&)=delete;
    CopyBan& operator=(const CopyBan&)=delete;
    //...
};

二、设计一个类只能在堆上创建对象

实现方式：

将类的构造函数私有，拷贝构造声明成私有。防止别人调用拷贝在栈上生成对象
提供一个静态的成员函数，在该静态成员函数中完成堆对象的创建

class HeapOnly    
{     
public:     
    static HeapOnly* CreateObject()  
   {      
        return new HeapOnly;    
   }
private:    
    HeapOnly() {}
    
    // C++98
    // 1.只声明,不实现。因为实现可能会很麻烦，而你本身不需要
    // 2.声明成私有
    HeapOnly(const HeapOnly&)；
    
    // or
        
    // C++11    
    HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

三、设计一个类只能在栈上创建对象

同上将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回即可

class StackOnly
{
public:
    static StackOnly CreateObj()
    {
        return StackOnly();
    }
    
    // 禁掉operator new可以把下面用new 调用拷贝构造申请对象给禁掉
    // StackOnly obj = StackOnly::CreateObj();
    // StackOnly* ptr3 = new StackOnly(obj);
    void* operator new(size_t size) = delete;
    void operator delete(void* p) = delete;
private:
    StackOnly()  
        :_a(0)
    {}
private:
    int _a;
};

四、设计一个类不能被继承

C++98

// C++98中构造函数私有化，派生类中调不到基类的构造函数。则无法继承
class NonInherit
{
public:
    static NonInherit GetInstance()
    {
        return NonInherit();
    }
private:
    NonInherit()
    {}
};

C++11

final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承
class A  final
{
    // ....
};

五、设计一个类只能创建一个对象

单例模式：

一个类只能创建一个对象，即单例模式，该模式可以保证系统中该类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。

比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务过程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息，这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。

饿汉模式

就是不论将来用不用，程序启动时就创建一个唯一的实例对象

// 饿汉模式
// 优点：简单
// 缺点：可能会导致进程启动慢，且如果有多个单例类对象启动顺序不确定
class Singleton
{
 public:
    static Singleton* GetInstance()
    {
         return &m_instance;
    }
  
private:
    // 构造函数私有
    Singleton(){};
    
    // C++98 防拷贝
    Singleton(Singleton const&); 
    Singleton& operator=(Singleton const&); 
      
    // or
      
    // C++11
    Singleton(Singleton const&) = delete; 
    Singleton& operator=(Singleton const&) = delete; 
  
    static Singleton m_instance;
};

 Singleton Singleton::m_instance;  // 在程序入口之前就完成单例对象的初始化

如果这个单例对象在多线程高并发环境下频繁使用，性能要求较高，那么显然使用饿汉模式来避免资源竞争，提高响应速度更好。

懒汉模式

如果单例对象构造十分耗时或者占用很多资源，比如加载插件、初始化网络连接、读取文件等等，而有可能该对象程序运行时不会用到，那么也要在程序一开始就进行初始化，就会导致程序启动时非常的缓慢。所以这种情况使用懒汉模式（延迟加载）更好。

// 懒汉模式
// 优点：第一次使用实例对象时，创建对象。进程启动无负载。多个单例实例启动顺序自由控制。
// 缺点：复杂
class Singleton
{
public:
    static Singleton* GetInstance() 
    {
        // 注意这里一定要使用Double-Check的方式加锁，才能保证效率和线程安全
        if (nullptr == m_pInstance) 
        {
            m_mtx.lock();
            if (nullptr == m_pInstance) 
            {
                m_pInstance = new Singleton();
            }
            m_mtx.unlock();
        }
        return m_pInstance;
    }

    // 实现一个内嵌垃圾回收类    
    class CGarbo {
    public:
        ~CGarbo()
        {
            if (Singleton::m_pInstance)
            {
                delete Singleton::m_pInstance;
            }
        }
    };

    // 定义一个静态成员变量，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数从而释放单例对象
    static CGarbo Garbo;
private:
    // 构造函数私有
    Singleton(){};

    // 防拷贝
    Singleton(Singleton const&);
    Singleton& operator=(Singleton const&);

    static Singleton* m_pInstance; // 单例对象指针
    static mutex m_mtx;   //互斥锁
};

Singleton* Singleton::m_pInstance = nullptr;
Singleton::CGarbo Garbo;
mutex Singleton::m_mtx;