C++|【C++从青铜到王者】第二十七篇:特殊类设计设计模式|c++

系列文章目录
前言
一、请设计一个类，只能在堆上创建对象
二、请设计一个类，只能在栈上创建对象
三、请设计一个类，不能被拷贝
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)
- - 1.单例模式之饿汉模式
  - 2.单例模式之懒汉模式
总结

前言掌握常见特殊类的设计方式。

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一、请设计一个类，只能在堆上创建对象

实现方式：
将类的构造函数私有，拷贝构造声明成私有。防止别人调用拷贝在栈上生成对象。
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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS1 #include #include using namespace std; class HeapOnly {public: static HeapOnly* GetObj() {return new HeapOnly; } private: HeapOnly() { } //C++98声明为私有 HeapOnly(HeapOnly&); //C++11 HeapOnly(HeapOnly&) = delete; }; int main() { //HeapOnly* p = HeapOnly::GetObj(); 防止内存泄漏，用智能指针 std::shared_ptr sp1(HeapOnly::GetObj()); return 0; }

二、请设计一个类，只能在栈上创建对象

方法一：同上将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回即可。
方法二：屏蔽new,因为new在底层调用void* operator new(size_t size)函数，只需将该函数屏蔽掉即可。注意：也要防止定位new。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS1 #include using namespace std; class StackOnly {public: static StackOnly GetObj() {return StackOnly(); } private: StackOnly(){ } void* operator new(size_t size) = delete; }; int main() { StackOnly p = StackOnly::GetObj(); //StackOnly* p = new StackOnly; return 0; }

三、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：将拷贝构造函数与赋值运算符重载只声明不定义，并且将其访问权限设置为私有即可。
原因：
设置成私有：如果只声明没有设置成private，用户自己如果在类外定义了，就可以不能禁止拷贝了。
只声明不定义：不定义是因为该函数根本不会调用，定义了其实也没有什么意义，不写反而还简单，而且如果定义了就不会防止成员函数内部拷贝了。
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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS1 #include using namespace std; class CopyBan {public: CopyBan() { } private: //只声明不定义，并且设置为私有 CopyBan(const CopyBan&); CopyBan operator=(const CopyBan&); CopyBan(const CopyBan&) = delete; CopyBan operator=(const CopyBan&) = delete; }; int main() { CopyBan a; CopyBan b(a); CopyBan c; c = a; return 0; }

四、请设计一个类，不能被继承 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。
C++11:方法final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS1 #include using namespace std; class NoInherit final {public: static NoInherit GetInstance() {return NoInherit(); } private: NoInherit() { } }; int main() { NoInherit a = NoInherit::GetInstance(); return 0; }

五、请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

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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。
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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS1 #include#include #include #include using namespace std; class Singleton {public: static Singleton* GetInstance() {Sleep(1000); if (_pinst == nullptr) {_pinst = new Singleton; } return _pinst; } private: Singleton() { } Singleton(const Singleton&); Singleton& operator=(const Singleton&); static Singleton* _pinst; }; Singleton* Singleton::_pinst = nullptr; int main() { //cout << Singleton::GetInstance() << endl; //cout << Singleton::GetInstance() << endl; //cout << Singleton::GetInstance() << endl; //存在线程安全问题 //Singleton copy(*Singleton::GetInstance()); vector::thread> vthread; int n = 10; for (int i = 0; i < n; i++) {vthread.push_back(thread([]() {//cout << this_thread::get_id() << ":"; cout << Singleton::GetInstance() << endl; })); } for (auto& t : vthread) {t.join(); } return 0; }

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1.单例模式之饿汉模式

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。

饿汉模式优点：简单缺点：可能会导致进程启动慢，且如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS1#include #include #include using namespace std; namespace yyw { //饿汉模式-- 一开始(main函数之前就)创建对象 class Singleton { public: static Singleton* GetInstance() {return &_inst; }Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; private: Singleton() { } static Singleton _inst; }; Singleton Singleton::_inst; //static对象是在main函数之前就创建的，这里只有主线程，所以不存在线程安全问题 int x() {//cout << Singleton::GetInstance() << endl; //cout << Singleton::GetInstance() << endl; //cout << Singleton::GetInstance() << endl; //存在线程安全问题 //Singleton copy(*Singleton::GetInstance()); vector::thread> vthread; int n = 10; for (int i = 0; i < n; i++) {vthread.push_back(thread([]() {//cout << this_thread::get_id() << ":"; cout << Singleton::GetInstance() << endl; })); }for (auto& t : vthread) {t.join(); } return 0; } } int main() { yyw::x(); return 0; }

2.单例模式之懒汉模式

懒汉模式
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。

懒汉优点：第一次使用实例对象时，创建对象。进程启动无负载。多个单例实例启动顺序自由控制。缺点：复杂 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS1 #include#include #include #include #include using namespace std; namespace Lazy_MAN { //懒汉模式 class Singleton { public: static Singleton* GetInstance() {Sleep(1000); //增加加没加锁时出现线程不安全的情况//局部域控制解锁时机//双检查加锁方式， if (_pinst == nullptr)//第一次判断是防止对象创建好以后，还要每次加锁，就浪费了。 {//_mtx.lock(); unique_lock lock(_mtx); if (_pinst == nullptr)//第二次判断是为了防止多个线程一起写不安全现象 {_pinst = new Singleton; } //_mtx.unlock(); }return _pinst; }static void DelInstance() {//unique_lock lock(_mtx); delete _pinst; _pinst = nullptr; } private: Singleton() { } Singleton(const Singleton&); Singleton& operator=(const Singleton&); static Singleton* _pinst; static mutex _mtx; }; //1.如果要手动释放单例对象，可以调用DelInstance //2.如果需要程序结束时，正常释放对象，可以加入下面的对象 class GC { public: ~GC() {Singleton::DelInstance(); } }; //定义一个静态成员变量，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数从而释放单例对象。 static GC gc; Singleton* Singleton::_pinst = nullptr; mutex Singleton::_mtx; int main() {//cout << Singleton::GetInstance() << endl; //cout << Singleton::GetInstance() << endl; //cout << Singleton::GetInstance() << endl; //存在线程安全问题 //Singleton copy(*Singleton::GetInstance()); vector::thread> vthread; int n = 10; for (int i = 0; i < n; i++) {vthread.push_back(thread([]() {//cout << this_thread::get_id() << ":"; cout << Singleton::GetInstance() << endl; })); }for (auto& t : vthread) {t.join(); }return 0; } }

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总结 【C++|【C++从青铜到王者】第二十七篇:特殊类设计】以上就是今天要讲的内容，本文介绍了一些特殊类设计以及单例模式，特殊类在面试中经常出现，我们务必掌握。另外如果上述有任何问题，请懂哥指教，不过没关系，主要是自己能坚持，更希望有一起学习的同学可以帮我指正，但是如果可以请温柔一点跟我讲，爱与和平是永远的主题，爱各位了。