C++特殊類的設(shè)計(jì)

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零、前言

本章我們主要講解學(xué)習(xí)特殊類的設(shè)計(jì)方式

一、不能被拷貝

想要讓一個類禁止拷貝，只需讓該類不能調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)以及賦值運(yùn)算符重載即可

方式1：

C++98下，私有化拷貝構(gòu)造函數(shù)與賦值運(yùn)算符重載并且只聲明不定義

示例代碼：

class NoCopy { public: NoCopy() :_a(0) {} private: NoCopy(const NoCopy& oh);//只聲明不用實(shí)現(xiàn)(C98) NoCopy& operator=(const NoCopy& oh) ; int _a; };

解釋：

設(shè)置成私有：如果只聲明沒有設(shè)置成private，用戶自己如果在類外定義了，就可以不能禁止拷貝了

只聲明不定義：不定義是因?yàn)樵摵瘮?shù)根本不會調(diào)用，定義了其實(shí)也沒有什么意義

方式二：

C++11下，在拷貝構(gòu)造函數(shù)與賦值運(yùn)算符重載函數(shù)后跟上=delete

示例代碼：

class NoCopy { public: NoCopy() :_a(0) {} private: NoCopy(const NoCopy& oh)=delete;//C++11 NoCopy& operator=(const NoCopy& oh)=delete; int _a; };

注：C++11擴(kuò)展delete的用法，delete除了釋放new申請的資源外，如果在默認(rèn)成員函數(shù)后跟上=delete，表示讓編譯器刪除掉該默認(rèn)成員函數(shù)，即不能被調(diào)用

示圖：

二、只能在堆上創(chuàng)建對象

方式1：

構(gòu)造函數(shù)私有化，棧上創(chuàng)建的對象銷毀調(diào)用不了析構(gòu)函數(shù)而報錯；給定特有的銷毀函數(shù)，對堆上變量進(jìn)行銷毀

示例代碼：

class OnlyHeap { public: void Destory() { delete this;//類函數(shù)里調(diào)用delete cout << "delete" << endl; } private: ~OnlyHeap()//析構(gòu)函數(shù)私有化，棧上創(chuàng)建的對象銷毀不能調(diào)用會報錯 { cout << "~OnlyHeap" << endl; } int _a; };

解釋：

構(gòu)造函數(shù)私有化：對于棧上創(chuàng)建的對象銷毀調(diào)用不了析構(gòu)函數(shù)會報錯，也就是間接的不讓創(chuàng)建棧對象

給定特有的銷毀函數(shù)：在類函數(shù)里可以訪問私有成員，進(jìn)行delete時能夠使用私有的析構(gòu)函數(shù)并進(jìn)行釋放對象

方式2：

私有化構(gòu)造函數(shù)，拷貝構(gòu)造。防止別人調(diào)用拷貝在棧上生成對象；提供靜態(tài)的成員函數(shù)，在該靜態(tài)成員函數(shù)中完成堆對象的創(chuàng)建

示例代碼：

class OnlyHeap { public: static OnlyHeap* ObjCreat()//提供對象創(chuàng)建的靜態(tài)成員方法 { cout << "new OnlyHeap" << endl; return new OnlyHeap; } private: OnlyHeap()//禁止直接調(diào)用構(gòu)造 :_a(0) { cout << "OnlyHeap" << endl; } OnlyHeap(const OnlyHeap& oh);//防止拷貝 OnlyHeap& operator=(const OnlyHeap& oh); int _a; };

解釋：

私有化構(gòu)造函數(shù)/拷貝構(gòu)造：防止別人調(diào)用拷貝在棧上生成對象

提供靜態(tài)創(chuàng)建對象函數(shù)：在該靜態(tài)成員函數(shù)中完成堆對象的創(chuàng)建，類里的函數(shù)能夠調(diào)用私有化的構(gòu)造函數(shù)

注：一定是靜態(tài)的成員函數(shù)，靜態(tài)成員函數(shù)不需要依賴對象進(jìn)行調(diào)用，普通的成員函數(shù)則不行

示圖：

三、只能在棧上創(chuàng)建對象

方式1：

顯示聲明并私有化operator new/operator delete函數(shù)

示例代碼：

class OnlyStack { public: OnlyStack() :_a(0) { cout << "Onlystack" << endl; } private: //顯示成私有化避免調(diào)用 void* operator new(size_t size); void operator delete(void* p); int _a; };

解釋：

顯示私有化：顯示是為了讓new的時候找到對象專屬的operator new函數(shù)，私有化則是為了不讓operator new函數(shù)不被成功使用，避免調(diào)用

注：唯一的缺點(diǎn)是不能避免在靜態(tài)區(qū)創(chuàng)建對象

示圖：

方式2：

私有化構(gòu)造函數(shù)，提供特定創(chuàng)建對象的靜態(tài)成員函數(shù)

示例代碼：

class OnlyStack { public: static OnlyStack ObjCreat() { return OnlyStack();//類里進(jìn)行調(diào)用構(gòu)造 } private: OnlyStack()//構(gòu)造私有化，避免new調(diào)用 :_a(0) { cout << "OnlyStack" << endl; } int _a; };

解釋：

私有化構(gòu)造函數(shù)：new一個對象=調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)+operator new()，這里避免new調(diào)用創(chuàng)建對象

四、不能被繼承的類

方式1：

在C++98下，私有化構(gòu)造函數(shù)，提供特定的創(chuàng)建靜態(tài)成員函數(shù)

示例：

class NonInherit { public: static NonInherit GetInstance() { return NonInherit(); } private: // 構(gòu)造函數(shù)私有 NonInherit() {} }; class Derive : NonInherit {};

解釋：

C++98 這種方式不夠直接，這里是可以繼承的，但是Derive不能創(chuàng)建對象，因?yàn)镈erive的構(gòu)造函數(shù)必須要調(diào)用父類NonInherit構(gòu)造，但是NonInherit的構(gòu)造函數(shù)私有了，私有在子類不可見，那么這里繼承不會報錯，繼承的子類創(chuàng)建對象會報錯

方式2：

final修飾類，表示該類不能被繼承

示例代碼：

class NoInherit final { }; class Derive : NoInherit {};

示圖：

五、只能創(chuàng)建一個對象

設(shè)計(jì)模式的概念：

設(shè)計(jì)模式（Design Pattern）是一套被反復(fù)使用、多數(shù)人知曉的、經(jīng)過分類的、代碼設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)

使用設(shè)計(jì)模式的目的：

為了代碼可重用性、讓代碼更容易被他人理解、保證代碼可靠性；設(shè)計(jì)模式使代碼編寫真正工程化

單例模式：

一個類只能創(chuàng)建一個對象，即單例模式，該模式可以保證系統(tǒng)中該類只有一個實(shí)例，并提供一個訪問它的全局訪問點(diǎn)，該實(shí)例被所有程序模塊共享

比如：

在某個服務(wù)器程序中，該服務(wù)器的配置信息存放在一個文件中，這些配置數(shù)據(jù)由一個單例對象統(tǒng)一讀取，然后服務(wù)進(jìn)程中的其他對象再通過這個單例對象獲取這些配置信息，這種方式簡化了在復(fù)雜環(huán)境下的配置管理

單例模式有兩種實(shí)現(xiàn)模式：

餓漢模式和懶漢模式

1、餓漢模式

當(dāng)程序啟動時就創(chuàng)建一個唯一的實(shí)例對象

示例代碼：

class Singleton { public: static Singleton& GetInstance()//獲取實(shí)例地址 { return _s; } vector _v;//可以選擇私有也可以選擇公有 private: Singleton();//構(gòu)造私有化，禁止隨意構(gòu)造 //delete拷貝構(gòu)造和賦值函數(shù)，防拷貝賦值 Singleton(const Singleton& s) = delete; Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete; static Singleton _s;//在類里的變量都是聲明，在cpp文件中進(jìn)行定義 };

解釋：

類里面的成員變量只是聲明，而靜態(tài)成員對象需要在類外進(jìn)行定義，并且不能在.h文件中定義，如果多個.cpp文件包含該頭文件，那么則會報重復(fù)定義的錯誤

效果：

優(yōu)勢：

實(shí)現(xiàn)簡單

劣勢：

如果單例對象構(gòu)造十分耗時或者占用很多資源，比如加載插件啊， 初始化網(wǎng)絡(luò)連接啊，讀取文件啊等等，而有可能該對象程序運(yùn)行時不會用到，那么也要在程序一開始就進(jìn)行初始化，就會導(dǎo)致程序啟動時非常的緩慢

對于多個單例類的如果具有依賴關(guān)系的話，則無法進(jìn)行控制定義順序（靜態(tài)變量）

2、懶漢模式

懶漢模式則是需要的時候在第一次調(diào)用的時候進(jìn)行創(chuàng)建

示例代碼：

class Singleton { public: //提供獲取對象以及釋放對象的靜態(tài)方法 static Singleton& GetInstance() { //提高效率，避免多次鎖住及解鎖 if (_s == nullptr) { //保證線程安全 _m.lock();//鎖住 if (_s == nullptr) { _s = new Singleton; } _m.unlock();//解鎖 } return *_s; } static void DelInstance() { //提高效率，避免多次鎖住及解鎖 if (_s != nullptr) { //保證線程安全 _m.lock();//鎖住 if (_s != nullptr) { delete _s; _s = nullptr; } _m.unlock();//解鎖 } } vector _v; private: Singleton() {};//要有函數(shù)體，否則只是聲明，當(dāng)new的時候找不到對應(yīng)的實(shí)體 Singleton(const Singleton& s) = delete; Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete; static Singleton* _s;//儲存實(shí)例對象地址 static mutex _m;//互斥鎖 };

解釋：

對于懶漢模式需要注意的是要保證線程安全，當(dāng)多個進(jìn)行調(diào)用GetInstance()/DelInstance()時，可能多次進(jìn)行new和delete，可能造成數(shù)據(jù)的丟失

效果：

優(yōu)勢：

無啟動負(fù)載；可以自由控制多個單例類的定義順序

劣勢：

實(shí)現(xiàn)復(fù)雜

C++

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