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C++之特殊类的设计

news 2025/8/27 18:53:38

一、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、单例对象的释放问题

二、设计一个不能被拷贝的类

三、设计一个只能在堆上创建对象的类

四、设计一个只能在栈上创建对象的类

五、设计一个不能被继承的类

一、单例模式

1、设计模式

概念：

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。

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。

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。

单例模式有两种实现模式：

1、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。即在main函数之前就创建好一个唯一的对象。

class MemoryPool
{
public:static MemoryPool& GetInstance(){return _inst;}//防拷贝MemoryPool(MemoryPool const&) = delete;MemoryPool& operator=(MemoryPool const&) = delete;
private://构造函数私有化MemoryPool(){}char* _ptr = nullptr;static MemoryPool _inst;
};
MemoryPool MemoryPool::_inst;// 在程序入口之前就完成单例对象的初始化

优点：简单，没有线程安全问题。

缺点：1、一个程序中有多个单例，并且有先后创建初始化顺序要求时，饿汉模式无法控制（无法控制初始化顺序）。2、如果饿汉单例类，初始化时任务多，会影响程序的启动速度。

如果这个单例对象在多线程高并发环境下频繁使用，性能要求较高，那么显然使用饿汉模式来避
免资源竞争，提高响应速度更好。

2、懒汉模式

第一次使用实例对象时，再创建唯一的实例对象。

class MemoryPool
{
public:static MemoryPool* GetInstance(){if (_inst == nullptr){_inst = new MemoryPool;}return _inst;}private://构造函数私有化MemoryPool(){}char* _ptr = nullptr;static MemoryPool* _inst;
};
MemoryPool* MemoryPool::_inst = nullptr;

优点： 1、一个程序中有多个单例，并且有先后创建初始化顺序要求时，懒汉模式可以控制（能够控制初始化顺序）。2、不影响启动速度。

缺点：1、相对复杂。2、线程安全问题要处理好。

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。

3、单例对象的释放问题

1、一般情况下，单例对象不需要释放。因为一般整个程序运行期间都会用到它。单例对象在进程结束后，也会资源释放。

2、有些特殊场景需要释放。实现一个内嵌的垃圾回收类。

二、设计一个不能被拷贝的类

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，因此想要让一个类不能被拷贝，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。

class A
{
public:A(){}~A(){}A(const A&) = delete;A& operator=(const A&) = delete;private:int _a = 1;
};int main()
{A a1;A a2(a1);return 0;
}

三、设计一个只能在堆上创建对象的类

实现方式：
1、将类的构造函数或者析构函数私有，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或析构。

析构函数私有：

class HeapOnly
{
public:static void Delete(HeapOnly* hp){delete hp;}
private:~HeapOnly(){}
private:int _a;
};int main()
{HeapOnly hp1;static HeapOnly hp2;HeapOnly* ptr = new HeapOnly;HeapOnly::Delete(ptr);
}

构造函数私有：

class HeapOnly
{
public:static HeapOnly* CreatHeapOnly(){return new HeapOnly;}HeapOnly(const HeapOnly& p) = delete;HeapOnly& operator=(const HeapOnly& p) = delete;
private:HeapOnly(){}
private:int _a;
};int main()
{HeapOnly hp1;static HeapOnly hp2;HeapOnly* ptr = HeapOnly::CreatHeapOnly();delete ptr;
}

四、设计一个只能在栈上创建对象的类

将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回即可。

class StackOnly
{
public:static StackOnly CreateObj(){return StackOnly();}// 禁掉operator new可以把下面用new 调用拷贝构造申请对象给禁掉// StackOnly obj = StackOnly::CreateObj();// StackOnly* ptr3 = new StackOnly(obj);void* operator new(size_t size) = delete;void operator delete(void* p) = delete;
private:StackOnly() :_a(0){}
private:int _a;
};

五、设计一个不能被继承的类

1、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 A
{
public:static A GetA(){return A();}
private:A(){}int _a = 1;
};class B :public A
{
public:B(){}
private:int _b = 2;
};int main()
{B b;return 0;
}