【C++】-还在玩普通的类吗，这里面有好几种特殊的类的设计，快进来看看

news2024/11/9 3:42:51

在这里插入图片描述
💖作者：小树苗渴望变成参天大树🎈
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文章目录

  • 前言
  • 一、请设计一个类，不能被拷贝
  • 二、请设计一个类，只能在堆上创建对象
  • 三、 请设计一个类，只能在栈上创建对象
  • 四、请设计一个类，不能被继承
  • 五、请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)
    • 5.1饿汉模式
    • 5.2懒汉模式
  • 六、总结

前言

今天我们讲解特殊类的设计，再我们的开发中难免会出现一些特殊情况，也是设计出一些特殊的类，他们和普通类不同担忧很相似，接下来博主会带大家设计出五种特殊的类，话不多说，我们开始进入正文的讲解。

一、请设计一个类，不能被拷贝

拷贝只会放生在两个场景中：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的使用方法：
class A
{
private:
	A(const A& a){}
	A& operator=(const A& a){}
};

C++11的用法：
class A
{
public:
	A(const A& a)=delete;
	A& operator=(const A& a)=delete;
private:
	
};

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。不拷贝再下面几个场景都需要使用到，防拷贝的用法

二、请设计一个类，只能在堆上创建对象

第一种方式：

class heaponly
{
public:


private:
	~heaponly(){}

};
int main()
{
	heaponly p0;//这样会报错
	heaponly* p2 = new heaponly;
	return 0;
}

原因是p2可以手动进行释放，但是需要再类中写一个接口来进行释放：
在这里插入图片描述

第二种方式：

class heaponly
{
public:
	static heaponly* creakobj()
	{
		return new heaponly;
	}
private:
	//1.先将构造函数私有化
	heaponly(){}
	
	//3.防拷贝
	heaponly(const heaponly& h) = delete;
	heaponly& operator=(const heaponly& h) = delete;
};

将构造函数私有化，都创建不了对象在这里插入图片描述所以写一个接口，通过调用接口来实现创建对象。但是调用函数需要，这时候就是先有鸡还是先有蛋的问题，所以我们将接口设计成静态的。在这里插入图片描述解决了再堆上创建对象的问题，但是又有可能通过构造和赋值，再栈上创建对象，所以需要防拷贝在这里插入图片描述
这样就解决问题了。

三、 请设计一个类，只能在栈上创建对象

这个设计理念和上面哪个很相似
我们需要将构造函数私有化，这样才能保证都创建不了对象，然后提供一个接口。

class stackonly
{
public:
	static stackonly creatobj()//通过类名去调用函数。
	{
		stackonly st;
		return st;
	}
private:
	stackonly(){}

	//防拷贝
	//stackonly(const stackonly& h) = delete;
	//stackonly& operator=(const stackonly& h) = delete;

	//将new变成私有的
	void* operator new(size_t size){}
};
int main()
{
	stackonly s1=stackonly::creatobj();//1
	stackonly* s2 = new stackonly(s1);//2
	return 0;
}

再没有防拷贝和new私有化的前提下，我们的代码2是可以通过的，所以我们添加了防拷贝，或者new私有化，原因是new->operator new+构造，封其中一个就可以了。
但是我们栈区对象给栈区对象拷贝构造和赋值就不行了，所以我们不封防拷贝。

四、请设计一个类，不能被继承

C++98的方式

// 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的方式：

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

五、请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

这是我们这节重点介绍的，而且他很重要，他又两种模式–饿汉模式、懒汉模式

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
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。

5.1饿汉模式


class Singleton
{
public:
	//设计成静态的原因是通过类名去调用函数，因为进行了防拷贝，所以需要传引用
	static Singleton& GetInstance()
	{
		return _st;
	}

	//对单例对象的部分操作。
	void add(pair<string,string>& kv)
	{
		_dict[kv.first] = kv.second;
	}
	void print()
	{
		for (auto& e : _dict)
		{
			cout << e.first << ":" << e.second << endl;
		}
		cout << endl;
	}
private:
	//1.构造函数私有化，这样都不能创建对象，所以要提供一个接口
	Singleton(){}

	map<string, string> _dict;

	static Singleton _st;//这个就是整个程序的单例对象，所以类共有的
	// Singleton _st这样不行，这时候_st属于类里面，会嵌套。


	//防拷贝，原因只能创建一个对象,再接口返回的时候要返回引用
	Singleton(const Singleton& s) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;
};

Singleton Singleton::_st;//静态成员变量类里面声明，类外名定义，这个定义还是可以访问到类里面的内容
							// 在程序入口之前就完成单例对象的初始化

上面代码已经有注释，我们来验证一下，我们来看看里面每次调用函数的接口返回的对象是不是同一个：
在这里插入图片描述

我们只能通过调用接口来创建对象，而每次调用都是同一个，那么这样就设计出了一个单例对象，这里巧妙的利用静态成员函数只有一份的特点，接下来验证一下操作：
在这里插入图片描述
至此我们的单例模式就设计出来了

饿汉模式的缺点
（1）单例对象的创建是再main函数之前的，万一单例对象很大，很多，那么启动时间就很长
（2）万一有两个单例对象互相有依赖关系，就不行了。
（3）不管你用不用他肯定都会创建的。

有了上面的缺点，我们有下面的一种模式，懒汉模式。
他再使用的时候才创建对象，他先创建一个静态指针，就算就main函数之前创建也就一个指针的大小。

namespace lazy
{
	class Singleton
	{
	public:
		//设计成静态的原因是通过类名去调用函数，因为进行了防拷贝，所以需要传引用
		static Singleton& GetInstance()
		{
			if (_st == nullptr)
			{
				_st=new Singleton;
			}
			return *_st;
		}

		//对单例对象的部分操作。
		void add(const pair<string, string>& kv)
		{
			_dict[kv.first] = kv.second;
		}
		void print()
		{
			for (auto& e : _dict)
			{
				cout << e.first << ":" << e.second << endl;
			}
			cout << endl;
		}
		
	private:
		//1.构造函数私有化，这样都不能创建对象，所以要提供一个接口
		Singleton() {}

		map<string, string> _dict;

		static Singleton* _st;//这个就是整个程序的单例对象，所以类共有的
		// Singleton _st这样不行，这时候_st属于类里面，会嵌套。


		//防拷贝，原因只能创建一个对象,再接口返回的时候要返回引用
		Singleton(const Singleton& s) = delete;
		Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;
	};

	Singleton* Singleton::_st=nullptr;//静态成员变量类里面声明，类外名定义，这个定义还是可以访问到类里面的内容
}

在这里插入图片描述
再懒汉模式里面因为我们是手动new出来的，所以我们需要进行释放，正常情况，单例对象都是随着程序解释自动释放，但是不干保证有的时候再中间就需要释放去做持久化操作，将数据写进文件等等。拿这样我们怎么去设计呢？？

第一种方法：
再类里面添加这个。

		static void DelInstance()
		{
			if (_st)
			{
				delete _st;//这个delete会调用析构函数
				_st = nullptr;
			}
		}

		~Singleton()//自购函数只有程序结束后会自动调用，不能显示的调用，通过接口去调用他。
		{
			cout << "~Singleton()" << endl;
				// map数据写到文件中
			FILE* fin = fopen("map.txt", "w");
			for (auto& e : _dict)
			{
				fputs(e.first.c_str(), fin);
				fputs(":", fin);
				fputs(e.second.c_str(), fin);
				fputs("\n", fin);
			}
		}

在这里插入图片描述
这种方法值适用于单例对象少，释放地方少，如果道理对象多，释放位置多，就麻烦了，这时候我们有第二种方法：

5.2懒汉模式

	
namespace lazy
{
	class Singleton
	{
	public:
		//设计成静态的原因是通过类名去调用函数，因为进行了防拷贝，所以需要传引用
		static Singleton& GetInstance()
		{
			if (_st == nullptr)
			{
				_st=new Singleton;
			}
			return *_st;
		}

		//对单例对象的部分操作。
		void add(const pair<string, string>& kv)
		{
			_dict[kv.first] = kv.second;
		}
		void print()
		{
			for (auto& e : _dict)
			{
				cout << e.first << ":" << e.second << endl;
			}
			cout << endl;
		}

		static void DelInstance()
		{
			if (_st)
			{
				delete _st;//这个delete会调用析构函数
				_st = nullptr;
			}
		}

		~Singleton()//析构函数只有程序结束后会自动调用，不能显示的调用，通过接口去调用他。
		{
			cout << "~Singleton()" << endl;
			// map数据写到文件中
			FILE* fin = fopen("map.txt", "w");
			for (auto& e : _dict)
			{
				fputs(e.first.c_str(), fin);
				fputs(":", fin);
				fputs(e.second.c_str(), fin);
				fputs("\n", fin);
			}
		}

		class GC
		{
		public:
			~GC()
			{
				lazy::Singleton::DelInstance();
			}
		};
	private:
		//1.构造函数私有化，这样都不能创建对象，所以要提供一个接口
		Singleton() {}

		map<string, string> _dict;

		static Singleton* _st;//这个就是整个程序的单例对象，所以类共有的
		// Singleton _st这样不行，这时候_st属于类里面，会嵌套。


		//防拷贝，原因只能创建一个对象,再接口返回的时候要返回引用
		Singleton(const Singleton& s) = delete;
		Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;

		static GC _gc;
	};

	Singleton* Singleton::_st=nullptr;//静态成员变量类里面声明，类外名定义，这个定义还是可以访问到类里面的内容
	Singleton::GC Singleton::_gc;
}

在这里插入图片描述

我们发现不使用我写的两种方法，最后都无法调用到析构函数，第一种方法是可以再任意位置进行释放，第二种方式是防止程序结束后忘记释放，这样设计就可以直接自动释放了。

六、总结

至此我们的特殊类的设计就讲解完毕了，博主讲解的都是简单的特殊类，到实际开发的时候，类的设计就很复杂，大家先知道大致模式旧可以了，我们平时用到也少。但是要了解，别一点都没有听过。我们这篇的讲解旧到此结束了，我们下篇再见。

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