【C++】特殊类的设计

目录一、特殊类的设计1、不能被拷贝的类C98 方式的隐患友元类2、只能在堆上创建对象的类2.1 私有构造函数2.3 私有析构函数3、只能在栈上创建对象的类3.1 封operator new3.2 封拷贝构造4、不能被继承的类5、只能创建一个对象的类单例模式一、特殊类的设计1、不能被拷贝的类一个类不能被拷贝的需求还是比较常见的比如IO流、线程等。拷贝只会发生在两个场景中拷贝构造和赋值重载所以想让一个类不能被拷贝只需要让这个类的拷贝构造和赋值重载不能被调用就可。C98之前的做法是把拷贝构造和赋值重载定义为私有成员函数并且只声明不定义。C11扩展了delete的用法在默认成员函数后面加delete禁止生成这个默认成员函数。//C98之前的做法classCopy{//...private:Copy(constCopycopy);Copyoperator(constCopycopy);};//C11的做法classCopy{public://...Copy(constCopycopy)delete;Copyoperator(constCopycopy)delete;};C98 方式的隐患友元类classCopy{private:Copy(constCopycopy);// 私有但未实现Copyoperator(constCopy);// 私有但未实现friendclassFriend;};classFriend{voidtest(){Copy a,b;// 友元类可以调用私有函数但链接时找不到定义报错更诡异ab;// 链接错误undefined reference}}; delete的方式完全避免了这种问题。2、只能在堆上创建对象的类2.1 私有构造函数我们通常在静态区、栈、堆这三个地方创建对象如果要求只能在堆上创建可以先把所有创建的路堵死也就是把构造函数私有化另外还需要把拷贝构造和赋值重载给delete掉然后给堆上创建对象开一个单独的渠道来实现。classHeapOnly{public:HeapOnly*CreateObj(){returnnewHeapOnly;}HeapOnly(constHeapOnlyhp)delete;HeapOnlyoperator(constHeapOnlyhp)delete;private:HeapOnly(){}};但是现在有个问题要调用这个成员函数就先得有个对象好像陷入了一个死胡同怎么办呢这里要求不通过对象就能调用成员函数很容易就能联想到静态成员函数因为静态成员函数可以通过类名::静态成员函数的方式来调用静态成员函数。classHeapOnly{public:staticHeapOnly*CreateObj(){returnnewHeapOnly;}HeapOnly(constHeapOnlyhp)delete;HeapOnlyoperator(constHeapOnlyhp)delete;private:HeapOnly(){}};intmain(){HeapOnly*hpHeapOnly::CreateObj();deletehp;return0;}2.3 私有析构函数除了上面堵前路也可以堵后路也就是将析构函数私有化。classHeapOnly{public:private:~HeapOnly(){}};intmain(){HeapOnly hp1;staticHeapOnly hp2;HeapOnly*hpnewHeapOnly;return0;}为什么上面在堆上创建的对象没事呢关键的原因还是只有自定义类型才会自动调用析构函数而hp是一个指针。但是现在的代码还不能在类外面deletehp因为delete要调用析构函数那就可以考虑在类里面调用析构函数classHeapOnly{public:voidDestroy(){deletethis;}private:~HeapOnly(){cout~HeapOnly()endl;}};intmain(){//HeapOnly hp1;//static HeapOnly hp2;HeapOnly*hpnewHeapOnly;hp-Destroy();return0;}3、只能在栈上创建对象的类3.1 封operator new类似只能在堆上创建对象的类classStackOnly{public:staticStackOnlyCreateOnly(){returnStackOnly();}private:StackOnly():_a(0){}int_a;};intmain(){//StackOnly sk1;//static StackOnly sk2;//StackOnly* sk3 new StackOnly;StackOnly sk4StackOnly::CreateOnly();return0;}但是上面的代码还能通过拷贝构造的方式在堆上创建对象StackOnly*sk5newStackOnly(sk4);我们还不能轻易的将拷贝构造给封死因为我们实现的返回栈上对象的静态成员函数是传值返回而传值返回必然会调用拷贝构造。还可以考虑在operator new上着手因为new在底层会调用operator new那我们就可以考虑把它给封死这样就不能new对象了。C规定如果一个类重载了专属的operator new那就会调用这个operator new。void*operatornew(size_t size)delete;voidoperatordelete(void*p)delete;但是在静态区拷贝构造对象还是可以。staticStackOnlysk5(sk4);3.2 封拷贝构造如果还是考虑封拷贝构造而类中返回栈上对象的静态成员函数传值返回对象又需要拷贝构造不过这个函数返回一个临时对象那么可以考虑通过移动构造来完成封了拷贝构造也算是显示写了拷贝构造编译器不会默认生成移动构造所以还需要我们自己实现一下移动构造。classStackOnly{public:staticStackOnlyCreateOnly(){returnStackOnly();}StackOnly(StackOnlysk){}StackOnly(constStackOnly)delete;private:StackOnly():_a(0){}int_a;};虽然这个方法避开拷贝构造走移动构造明面上满足我们的需求但还是不能完美完成任务因为我们还可以通过move(左值)的方法来走移动构造。StackOnlysk5(move(sk4));staticStackOnlysk6(move(sk5));所以走移动构造也行不通也存在隐患。那这么看来要实现一个只能在栈上创建对象的类好像总是不能完成的完成总体而言还是封operator new更有性价比一点至少不能在堆上创建对象了。4、不能被继承的类C98的方式是把构造函数私有化因为派生类必须调用基类的构造函数来初始化基类的部分派生类中调不到基类的构造函数就无法继承。classNonInherit{public:staticNonInheritGetInstance(){returnNonInherit();}private:NonInherit(){}};C11的方法是用final关键字被final修饰的类不能被继承。classNonInheritfinal{//...};C98的方法要在创建对象的时候才能查到而C11提供的final关键字在前期就能检查到。5、只能创建一个对象的类单例模式| 设计模式设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。这些解决方案是久经考验的被广大开发者反复使用并且被证明在多种场景下都是有效的。设计模式提供了一种标准化的沟通方式使得开发者可以用统一的语言来描述问题及其解决方案。| 单例模式单例模式是一种创建型设计模式它确保一个类只有一个实例并提供一个全局访问点来获取该实例。单例模式的主要目的是保证系统中某个类只有一个实例并且提供一个全局访问点以避免多个实例之间的冲突和数据不一致。要想实现一个类只能创建一个对象可以用类似上面的做法把构造函数私有化不允许在类外面随便创建对象而单例模式有两种实现方法饿汉模式什么是饿汉呢就是一开始就要吃。也就是这个对象要提前创建好那我们可以在类中声明一个静态的对象在类外初始化。可以看到在还没有进入main函数之前对象就已经创建好了。当然仅仅私有构造函数还不能保证不能在类外构造对象还需要封掉拷贝构造。//饿汉模式classInfoMgr{public:staticInfoMgrGetInstance(){return_ins;}private:InfoMgr(constInfoMgr)delete;InfoMgroperator(constInfoMgr)delete;InfoMgr(){coutInfoMgr()endl;}private:string _ip1.94.9.200;int_port70;size_t _buffSize1024*1024;staticInfoMgr _ins;};InfoMgr InfoMgr::_ins;intmain(){InfoMgr::GetInstance();//InfoMgr copy(InfoMgr::GetInstance());return0;}但是饿汉模式还有点缺陷多个饿汉模式的单例某个对象初始化内容较多会导致程序启动慢A和B两个饿汉对象初始化存在依赖要求A先初始化B后初始化饿汉无法保证懒汉模式懒汉是针对饿汉做出的改良模式。懒汉是想吃的时候再做也就是要求只能在第一次创建对象的时候构造。//懒汉模式classInfoMgr{public:staticInfoMgrGetInstance(){if(_pinsnullptr){_pinsnewInfoMgr;}return*_pins;}private:InfoMgr(constInfoMgr)delete;InfoMgroperator(constInfoMgr)delete;InfoMgr(){coutInfoMgr()endl;}private:string _ip1.94.9.200;int_port70;size_t _buffSize1024*1024;staticInfoMgr*_pins;};InfoMgr*InfoMgr::_pinsnullptr;intmain(){InfoMgr::GetInstance();//InfoMgr copy(InfoMgr::GetInstance());return0;}实现懒汉还有一个更加简单的方式//懒汉模式classInfoMgr{public:staticInfoMgrGetInstance(){staticInfoMgr ins;returnins;}//...将单例定义为局部静态对象因为局部静态对象只在其所在函数第一次被调用时创建和我们的需求非常契合。本篇文章的分享就到这里了如果您觉得在本文有所收获还请留下您的三连支持哦~