《C++特殊类设计：单例模式》-优快云博客

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C++特殊类设计：单例模式

1.请设计一个类，不能被拷贝
2. 请设计一个类，只能在堆上创建对象
2. 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
4. 请设计一个类，不能被继承
5. 请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

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1.请设计一个类，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：将拷贝构造函数与赋值运算符重载只声明不定义，并且将其访问权限设置为私有即可。

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，不写反而还简单，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;
    //...
};

2. 请设计一个类，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。

常见的方法就是把创建对象的方法都给封死，然后在提供一个专门的创建对象的方法。

class HeapOnly
{
public:
	//因为构造函数私有化，所以这里只能在类里面创建对象
	//并且设置成static可以直接通过::调用
	static HeapOnly* CreateObject()
	{
		return new HeapOnly;
	}
	
	//防止拷贝在栈上面创建对象
	HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
	HeapOnly operator=(const HeapOnly&) = delete;
private:
	HeapOnly()
	{}
};

int main()
{
	在栈上面创建对象
	//HeapOnly hp1;
	在堆上面创建对象
	//HeapOnly* hp2 = new HeapOnly;
	在静态区创建对象
	//static HeapOnly hp3;

	HeapOnly* p4 = HeapOnly::CreateObject();
	//删除了拷贝构造
	//HeapOnly p5 = *p4;
	delete p4;
	return 0;
}

还有一种方法是析构函数私有化

class HeapOnly
{
public:
	/*static void Destroy(HeapOnly * ptr)
	{
		delete ptr;
	}*/
	//在类里面可以调用析构函数
	void Destory()
	{
		delete this;
	}

private:
	//new的析构函数是需要自己调用的
	~HeapOnly()
	{}
};


int main()
{
	HeapOnly* hp = new HeapOnly;

	hp->Destroy(hp);
	return 0;
}

2. 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 StackOnly
{
public:
	static StackOnly GreatObject()
	{
		return StackOnly();
	}

	//C++规定如果一个类重载了operator new就会调用这个专属的,不会调用全局的
	void* operator new(size_t size) = delete;

	StackOnly(const StackOnly&) = delete;
	//封死拷贝构造,返回的临时变量是右值可以走拷贝构造
	StackOnly(StackOnly&& s)
	{}
private:
	StackOnly()
		:_a(0)
	{}

	int _a;
};

int main()
{
	StackOnly sk1 = StackOnly::GreatObject();
	//调用拷贝构造,但是不能封拷贝构造因为要传值返回
	//StackOnly* sk2 = new StackOnly(sk1);
	
	//这里的静态区的拷贝构造封不了
	//static  StackOnly sk3(sk1);

	//但是强制转换成右值就没办法了
	static StackOnly sk4(move(sk1));
}

4. 请设计一个类，不能被继承

C++98方式

// 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方法

final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。

class A  final
{
    // ....
};

5. 请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

设计模式：

设计模式（Design Pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计经验的总结。为什么会产生设计模式这样的东西呢？

就像人类历史发展会产生兵法。最开始部落之间打仗时都是人拼人的对砍。后来春秋战国时期，七国之间经常打仗，就发现打仗也是有套路的，后来孙子就总结出了《孙子兵法》。设计模式也是类似。

使用设计模式的目的：为了代码可重用性、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。设计模式使代码编写真正工程化；设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一样。

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，然后服务进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。

单例模式有两种实现模式：

饿汉模式：就是说不管你将来用不用，程序启动时就创建一个唯一的实例对象

因为饿汉模式要在mian函数之前创建对象所以，应该用全局变量，全局静态变量来创建这一个唯一的对象，但是又要在类里面能实现，这时候就可以用静态成员变量来实现。

//饿汉模式
//1，多个饿汉模式的单例，某个对象初始化内容较多（读文件），会导致程序启动慢
//2，A和B两个饿汉，对象初始化存在依赖关系，要求A先初始化，B在初始化，饿汉无法满足
class InfoMgr
{
public:
	static InfoMgr& GetInstance()
	{
		return _ins;
	}

	void Print()
	{
		cout << _ip << endl;
		cout << _port << endl;
		cout << _buffSize << endl;
	}

	InfoMgr(const InfoMgr&) = delete;
	InfoMgr operator=(const InfoMgr&) = delete;
private:
	string _ip = "127.0.0.1";
	int _port = 80;
	size_t _buffSize = 1024 * 1024;
	//...

	InfoMgr()
	{}

	//静态对象是放在静态区的，不在对象里面
	static InfoMgr _ins;
};

InfoMgr InfoMgr::_ins;

//单例：全局只要唯一实例对象
int main()
{
	/*InfoMgr info1;
	InfoMgr info2;*/

	InfoMgr::GetInstance().Print();
	//禁用拷贝构造，防止创建其他对象
	//InfoMgr Copy = InfoMgr::GetInstance();
	//Copy.Print();
}

懒汉模式：
如果单例对象构造十分耗时或者占用很多资源，比如加载插件啊，初始化网络连接啊，读取文件啊等等，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。

class InfoMgr
{
public:
	static InfoMgr& GetInstance()
	{
		//第一次调用的时候创建单例对象
		if (_pins == nullptr)
		{
			_pins = new InfoMgr;
			
		}

		return *_pins;
	}

	void Print()
	{
		cout << _ip << endl;
		cout << _port << endl;
		cout << _buffSize << endl;
	}

	static void DelInstance()
	{
		delete _pins;
		_pins = nullptr;
	}

	InfoMgr(const InfoMgr&) = delete;
	InfoMgr operator=(const InfoMgr&) = delete;
private:
	string _ip = "127.0.0.1";
	int _port = 80;
	size_t _buffSize = 1024 * 1024;
	//...

	InfoMgr()
	{}

	//静态对象是放在静态区的，不在对象里面
	static InfoMgr* _pins;
};

InfoMgr* InfoMgr::_pins = nullptr;

如果我们希望程序可以自动释放资源，不要手动的去调用释放资源的函数，在程序结束后自动调用析构函数,我们可以写一个内部类，然后再外部类定义一个内部类类型的静态对象，因为静态对象是全局的,不在对象里面,所以,程序结束,这个静态对象，一定会调用析构函数完成资源清理的工作。

class B
{
public:
	static B* GetInstance()
	{
		if (_inst == nullptr)
		{
			return _inst = new B;
		}
	}

	static void DelInstance()
	{
		if (_inst)
		{
			delete _inst;
			_inst = nullptr;
		}
	}

	void Add(const string& str1, const string& str2)
	{
		dict[str1] = str2;
	}

	void Print()
	{
		for (auto& e : dict)
		{
			cout << e.first << " : " << e.second << endl;
		}
	}

	B(const B&) = delete;
	const B& operator=(const B&) = delete;
private:
	B()
	{}

	~B()
	{
		//持久化:要求把数据写到文件里面
		cout << "~B()" << endl;
	}

	class gc
	{
	public:
		~gc()
		{
			DelInstance();
		}
	};

	static gc g;

	map<string, string> dict;
	int n = 0;

	static B* _inst;
};

B* B::_inst = nullptr;
B::gc B::g;

int main()
{
	B* b = B::GetInstance();
	b->Add("1", "a");
	b->Add("2", "b");
	b->Add("3", "c");

	b->Print()
}

C++11之后还可以这样写。

class InfoMgr
{
public:
	static InfoMgr& GetInstance()
	{
		//静态成员变量只会初始化一次
		static InfoMgr ins;

		return ins;
	}

	void Print()
	{
		cout << _ip << endl;
		cout << _port << endl;
		cout << _buffSize << endl;
	}

	InfoMgr(const InfoMgr&) = delete;
	InfoMgr operator=(const InfoMgr&) = delete;
private:
	string _ip = "127.0.0.1";
	int _port = 80;
	size_t _buffSize = 1024 * 1024;
	//...

	InfoMgr()
	{}
};