C++中一些特殊类的设计

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。

在C++98中的方法：

将拷贝构造函数和赋值运算符重载之声明不定义，并且将其访问权限设置为私有即可。

原因：

1. 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

2.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。

class copyban
{
public:
	copyban(const int& a = 0)
		:_a(a)
	{ }

private:
	//C++ 98
	*copyban(const copyban& cb);
	

	copyban& operator=(const copyban& cb);
	int _a;

};

在C++11中改进的方法

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=delete，表示让编译器删除掉该默认成员函数，这样也可以防止拷贝。

class copyban
{
public:
	copyban(const int& a = 0)
		:_a(a)
	{ }

	copyban(const copyban& cb) = delete;
	
	copyban& operator=(const copyban& cb) = delete;

private:
	
	int _a;

};

2. 请设计一个类，只能在堆上创建对象

实现方式1：

1. 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。

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 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&)；
        
    // C++11    
    HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

实现方法2：

1.将类的析构函数私有化，防止在栈上创建对象。

2.提供一个释放空间的成员函数，调用该函数完成空间释放。

class HeapOnly
{
public:
    
    void Destroy()
    {
        delete this;
    }

	int _a;

private:

	//第二种方式，将析构函数私有化
	~HeapOnly()
	{

	}

};

3.请设计一个类，只能在栈上创建对象

与只能在堆上创建对象的方法类似只需将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回，但是为了防止在堆上开辟空间，我们重载一下operator new 并且用C++11的方法将他删除掉。这样在调用new 时，会优先匹配类里面的operator new，导致无法开辟空间。

class StackOnly
{
public:
 static StackOnly CreateObj()
 {
 return StackOnly();
 }  
 
 void* operator new(size_t size) = delete;

private:

 StackOnly()  
 :_a(0)
 {}

private:
 int _a;
};

4. 请设计一个类，不能被继承

在C++98中的方法：

在C++98中，我们只需要将基类的构造函数私有化，这样在派生类中调用不到基类的构造函数，则无法继承。

class NonInherit
{
public:
 static NonInherit GetInstance()
 {
 return NonInherit();
 }
private:
 NonInherit()
 {}
};

在C++11中的方法：

 C++11中提供了final关键字，final修饰的类，表示该类不能被继承。

class NonInherit 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》。孙子兵法也是类似。

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 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：

但是他们都遵循相应的步骤：

1.构造函数私有化

2.创建获取单例对象资源的函数接口

3.拷贝构造和赋值拷贝私有化，防止拷贝

第一种模式：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。

 class Singleton
 {
  public:
       //获取单例对象资源的接口函数
      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&); 
      
    // C++11 防拷贝
    Singleton(Singleton const&) = delete; 
    Singleton& operator=(Singleton const&) = delete; 
  
    static Singleton m_instance;
 };
  //在程序入口之前就完成单例对象的初始化
  Singleton Singleton::m_instance;

优点：代码书写比较简单

缺点：可能会导致进程启动慢，且如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定。

第二种实现方法：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。

在懒汉模式中我们将内里面的数据类型定义为了指针，并且初始化为null，这样在加载的时候会大大的加快效率，因为我们之后的空间是new出来的，在进程结束时就会自动释放空间，但是在一些特殊情况如：我们自己主动的释放空间，或者实现持久化，这时就需要我们调用delete 释放空间，所以我们定义一个静态的销毁函数，同时为了方便我们自动的实现持久化，我们在定义一个内部内，用于包装销毁函数，每当一个单例对象被我们显示销毁，或者自动结束时，gc会调用其析构函数，同时又调用了 Singleton的析构函数，实现持久化。

	class Singleton
	{
	public:
		//2.获取单列对象的接口函数
		static Singleton& CreatObj()
		{
			if (_sinle == nullptr)
			{
				_sinle = new Singleton;
			}

			return *(_sinle);
		}

		static void Destroy()
		{
			if (_sinle)
			{
				delete _sinle;
				_sinle = nullptr;
			}
		}


		class GC
		{
		public:
			~GC()
			{
				lazy::Singleton::Destroy();
			}
		};


	private:
		//1.构造函数私有化
		Singleton()
		{
		}

		//3.禁掉赋值和拷贝构造
		Singleton(const Singleton& s) = delete;
		Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;


		~Singleton()
		{
			cout << "~Singleton()" << endl;
		}

		static  Singleton* _sinle;
		static GC gc;

	};

	Singleton* Singleton::_sinle =nullptr;
	Singleton::GC Singleton::gc;
	

注意！！！：懒汉模式还有与线程相关的问题，这里没有提及，以后会完善