只能生成栈对象和只能生成堆对象

本文详细介绍了C++中new/delete的工作机制,包括如何在堆和栈上创建对象的区别,并探讨了如何通过设置构造函数和析构函数的访问权限来限制对象的创建位置。

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new/delete的工作机制:

•使用new表达式时发生的三个步骤:
1.调用名为operator new的标准库函数,分配足够大的原始的未类型化的内存,以保存指定类型的一个对象
2.运行该类型的一个构造函数去初始化对象
3.返回指向新分配并构造的构造函数对象的指针
•使用delete表达式时,发生的步骤:
1.调用对象的析构函数
2.调用名为operator delete的标准库函数释放该对象所用的内存



 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。

        那么如何限制类对象只能在堆或者栈上建立呢?下面分别进行讨论。


1、只能建立在堆上

        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,前面已经说过,new运算符的执行过程分为两步,C++提供new运算符的重载,其实是只允许重载operator new()函数,而operator()函数用于分配内存,无法提供构造功能。因此,这种方法不可以。

        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。

class A{
public:
   A(){}
   void destroy()
   {
        delete this;
    }
private:
    ~A(){}
};

试着使用A a;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。

        上述方法的一个缺点就是,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。

        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 A{
protected:
  A(){}
  ~A(){}
public:
  static A*create(){
   return new A();
  }
  void destroy(){
   delete this;
  }
};


2.只能生成栈对象:

在堆上生成对象,使用new关键词操作,其过程分为两阶段:第一阶段,使用new在堆上寻找可用内存,分配给对象;第二阶段,调用构造函数生成对象。
将new操作设置为私有,那么第一阶段就无法完成,就不能够再堆上生成对象

class A{
public:
    A(){}
    ~A(){}
private:
    void *operator new(size_t t){} //第一个参数和返回值都是固定的
    void *operator delete(void *ptr){} //重载new就必须重载delete
};







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