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C++语法（26）--- 特殊类设计

news 2025/8/7 10:13:11

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

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。