C++语法（26）--- 特殊类设计

news2024/12/28 18:17:51

C++语法（25）--- 异常与智能指针_哈里沃克的博客-CSDN博客icon-default.png?t=N6B9https://blog.csdn.net/m0_63488627/article/details/131537799?spm=1001.2014.3001.5501

 目录

1.特殊类设计

1.设计一个类，不能被拷贝

C++98

C++11

2.设计一个类，只能在堆上创建对象

1.封掉所有拷贝

C++98

C++11

2.封掉析构函数

3.设计一个类，只能在栈上创建对象

4.设计一个类，不能被继承

1.C++98

2.C++11 final

2.单例模式

1.设计模式

2.单例模式

1.饿汉模式

2.懒汉模式

3.单例对象释放问题

1.特殊类设计

1.设计一个类，不能被拷贝

C++98

将拷贝函数只声明不实现，并且放到私有处。(只不过，在类型内部调用另外的函数进行拷贝就没有办法防止了)

class CopyBan
{
    // ...
private:
    CopyBan(const CopyBan&);
    CopyBan& operator=(const CopyBan&);
    //...
};

C++11

在函数申明后面加入 =delete

class CopyBan
{
    // ...
    CopyBan(const CopyBan&)=delete;
    CopyBan& operator=(const CopyBan&)=delete;
    //...
};

2.设计一个类，只能在堆上创建对象

1.封掉所有拷贝

C++98

1.先将构造函数封死，这样就无法在栈上创造对象了。但是我们需要提供一个函数调用，使得其在堆上创造对象。

2.创造堆上的函数不能直接修饰，这样会出现逻辑谬论（即想要创造对象，需要调用函数；想要调用函数，需要先创造对象）。所以这里的解决方式是设置静态函数,不需要this指针，所以不需要生成所谓对象才能调用，可以直接调用。

3.特别注意，其实拷贝构造函数也需要被处理一下，因为如果在外部先构造堆上的，随后通过解指针调用给拷贝构造，那么其实也是不算合格的。

class HeapOnly
{
public:
    static HeapOnly* CreateObject()
    {
        return new HeapOnly;
    }
private:
    HeapOnly() {}
    HeapOnly(const HeapOnly&) {}
}

int main()
{
    HeapOnly* php = HeapOnly::CreateObject();
}

C++11

class HeapOnly
{
public:
    static HeapOnly* CreateObject()
    {
        return new HeapOnly;
    }
    HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
    HeapOnly(const HeapOnly&)  = delete;
};

2.封掉析构函数

1.将析构函数封掉也能达到相同的效果，因为构造了就需要被析构，类型没有检查到可以析构就会报错。

2.此时堆上的类需要被释放掉，也需要重新构造一个destory函数，其类型是类型的指针，不可以是对象本身，因为这样就是手动调用析构函数了。只要调用destory就能释放堆上的空间。

3.设计一个类，只能在栈上创建对象

这样设计使得不能创建在堆和静态上。

class StackOnly
{
public:
    static StackOnly CreateObj()
    {
        return StackOnly();
    }
private:
    StackOnly()
    :_a(0)
    {}
private:
    int _a;
};

这样的设计使得不能在堆上创建但是，能产生静态的对象。

// 禁掉operator new可以把下面用new 调用拷贝构造申请对象给禁掉
void* operator new(size_t size) = delete;
void operator delete(void* p) = delete;

4.设计一个类，不能被继承

1.C++98

构造函数私有化，子类本来要调用父类的构造函数，没有则不能被继承。

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

2.C++11 final

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

2.单例模式

1.设计模式

设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计经验的总结。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。

一些设计理念：迭代器模式，配接器模式，单例模式，工厂模式，观察者模式

2.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。
使用样例：内存池的申请

1.饿汉模式

特点：

一开始(在main函数之前)就创造对象，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

缺点：

1.由于初始化在main函数之前，这样的类数据过多，会使得启动慢；

2.多个单例类有初始化依赖关系，饿汉模式无法控制类的初始化先后关系

class InfoSingleton
{
public:
	static InfoSingleton& GetInstance()
	{
		return _sins;
	}

	void Insert(string name, int money)
	{
		_info[name] = money;
	}

	void Print()
	{
		for (auto kv : _info)
		{
			cout << kv.first << " " << kv.second << endl;
		}
	}

private:
	InfoSingleton()
	{}

	InfoSingleton(const InfoSingleton& info) = delete;

	InfoSingleton& operator=(const InfoSingleton& info) = delete;

	map<string, int> _info;

private:
	static InfoSingleton _sins;
};

InfoSingleton InfoSingleton::_sins;

int main()
{
	InfoSingleton::GetInstance().Insert("张三", 1000);
	InfoSingleton& info = InfoSingleton::GetInstance();
	info.Insert("李四", 100);
	//InfoSingleton copy = InfoSingleton::GetInstance(); //拷贝构造
	//copy.Insert("***", 10000);
	return 0;
}

2.懒汉模式

1.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。

2.如果类之间存在依赖关系，也可以使用懒汉模式（延迟加载）。

template<class Lock>
class LockGuard
{
public:
	LockGuard(Lock& lk)
		:_lk(lk)
	{
		_lk.lock();
	}

	~LockGuard()
	{
		_lk.unlock();
	}

private:
	Lock& _lk;
};

class _InfoSingleton
{
public:
	//线程安全问题,多线程一起调用创建对象
	static _InfoSingleton& GetInstance()
	{
		//双检查增加效率
		if (_psins == nullptr) {
			LockGuard<mutex> lock(*_smtx);
			if (_psins == nullptr)
			{
				_psins = new _InfoSingleton;
			}
		}
		return *_psins;
	}

	void Insert(string name, int money)
	{
		_info[name] = money;
	}

	void Print()
	{
		for (auto kv : _info)
		{
			cout << kv.first << " " << kv.second << endl;
		}
	}

private:
	_InfoSingleton()
	{}

	_InfoSingleton(const _InfoSingleton& info) = delete;

	_InfoSingleton& operator=(const _InfoSingleton& info) = delete;

	map<string, int> _info;

private:
	static _InfoSingleton* _psins;
	static mutex* _smtx;
};

static _InfoSingleton* _psins = nullptr;
static mutex* _smtx;

1.这样写是懒汉模式，只创建一次，并且在main函数调用之后创建。

2.该代码有线程安全问题，在C++11后得到解决。

static _InfoSingleton& GetInstance()
{
	static _InfoSingleton sinst;
	return sinst;
}

注意：

1.懒汉模式需要注意线程安全问题，所以我们在类中需要有一个唯一的锁，确保判断时是串行访问的。

2.每次都先加锁再进行判断是否为空，其实是非常低效，所以我们需要双判断，第一次判断是为了抛去已经创建过的节省加锁的时间，第二次判断是为了创建对象使用的，而锁夹在中间确保第二次的判断是串行的。

3.饿汉模式不需要注意线程安全问题，因为饿汉在main调用之前就已经存在了，没有所谓的线程可以创建其他的对象。

3.单例对象释放问题

1.一般而言单例类不需要释放内存，因为单例出现的环境就是全局的，它的目的就是陪到进程执行到最后，那么其实不释放，进程结束后，操作系统也会将这一部分的资源回收。

2.特别的，如果我们需要在最后单例有一定要求，我们可以手写出析构，比如进程结束需要保存一些数据到文件中，那么我们析构可以手写要求。

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