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设计一个类#xff0c;不能被拷贝
C98的做法
C11的做法
设计一个类#xff0c;只能在堆上创建对象
实现方式1
实现方式2
设计一个类#xff0c;只能在栈上创建对象
实现方式1
方式1的优化
实现方式2
设计一个类#xff0c;不能被继承
设计模式
什么是设计…目录
设计一个类不能被拷贝
C98的做法
C11的做法
设计一个类只能在堆上创建对象
实现方式1
实现方式2
设计一个类只能在栈上创建对象
实现方式1
方式1的优化
实现方式2
设计一个类不能被继承
设计模式
什么是设计模式
单例模式
饿汉模式
懒汉模式 设计一个类不能被拷贝 拷贝只会发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
C98的做法
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 class CopyBan
{// ...
private://拷贝构造和赋值运算符重载私有CopyBan(const CopyBan);CopyBan operator(const CopyBan);//...
}; 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调用拷贝了
C11的做法
C11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。 class CopyBan
{// ...CopyBan(const CopyBan)delete;CopyBan operator(const CopyBan)delete;//...
};设计一个类只能在堆上创建对象 实现方式1
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 class HeapOnly {
public:static HeapOnly* GetObj() {return new HeapOnly;}//C 11防拷贝HeapOnly(const HeapOnly) delete;
private:HeapOnly() {}C98防拷贝//HeapOnly(const HeapOnly){}};int main() {//HeapOnly hp; // 报错//HeapOnly* p new HeapOnly; // 报错HeapOnly* p HeapOnly::GetObj();shared_ptr HeapOnly sp1(HeapOnly::GetObj());//HeapOnly p *sp1; // 报错return 0;
} 为什么要加上static 如果CetObj不加上static那么在调用该方法就需要在存在对象的基础上才能使用该方法而该对象默认一定会用构造函数但是构造函数已经私有化这就是一个先有鸡还是先有蛋的问题因此一定要加上static。
实现方式2
析构函数私有化构造函数public显示调用新增Destory方法用来释放堆空间
// 析构私有化
class HeapOnly2
{
public:HeapOnly2(){}void Destory(){this-~HeapOnly2();}
private:~HeapOnly2(){}HeapOnly2(const HeapOnly2) delete;
};int main()
{//HeapOnly2 hp; // 报错HeapOnly2* p new HeapOnly2;p-Destory();HeapOnly2* php1 new HeapOnly2;php1-Destory();return 0;
}
设计一个类只能在栈上创建对象 实现方式1
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 GetObj() {return StackOnly();}private:StackOnly() {}
};
int main() {//StackOnly hp; // 报错//StackOnly* p new StackOnly; // 报错StackOnly p StackOnly::GetObj();//static StackOnly ss; // 报错StackOnly obj1 StackOnly::GetObj();static StackOnly obj2(obj1); //可以在静态区拷贝构造对象StackOnly* ptr new StackOnly(obj1); //可以在堆上拷贝构造对象return 0;
}
实际上这种方法也没有彻底的封死下面这种方式仍然可以在静态区和堆区创建
StackOnly obj1 StackOnly::GetObj();
static StackOnly obj2(obj1); //可以在静态区拷贝构造对象
StackOnly* ptr new StackOnly(obj1); //可以在堆上拷贝构造对象
方式1的优化
因此需要把拷贝构造封住防止拷贝而是直接调用 GetObj()且 GetObj() 返回值只能是右值对象 如下
class StackOnly3
{
public:static StackOnly3 GetObj(){return StackOnly3();}void Print() const{cout StackOnly::Print() endl;}
private:StackOnly3(){}StackOnly3(const StackOnly3) delete;};
int main()
{ //StackOnly3 hp; // 报错//StackOnly3* p new StackOnly3; // 报错//StackOnly3 so1 StackOnly3::GetObj(); // 报错//static StackOnly3 so2 StackOnly3::GetObj(); // 报错//StackOnly3 obj1 StackOnly3::GetObj(); // 报错//static StackOnly3 obj2(obj1); //在静态区拷贝构造对象 报错//StackOnly3* ptr new StackOnly3(obj1); //在堆上拷贝构造对象 报错//StackOnly3 p StackOnly3::GetObj(); // 报错StackOnly3::GetObj().Print();const StackOnly3 so4 StackOnly3::GetObj();so4.Print();return 0;
}
由于GetObj() 中StackOnly3()是局部对象出了作用域被销毁因此采用右值引用才可以传出。
右值引用做 GetObj() 返回值可以解决返回对象调用拷贝构造因为它调用的是默认的移动构造
实现方式2 屏蔽operator new函数和operator delete函数
//这种方案存在一定程序缺陷无法阻止在数据段(静态区)创建对象
class StackOnly2 {
public://C98//void* operator new(size_t size);//void operator delete(void* p);//C11void* operator new(size_t size) delete;void operator delete(void* p) delete;
};int main(){//StackOnly2* p2 new StackOnly2; //报错static StackOnly2 ss; //可以在静态区构造对象StackOnly2 p StackOnly2();return 0;
}
这种方法只能封住堆上的却无法封住静态的。
所以最好的方式就是用方式一。
设计一个类不能被继承 C98方式
// C98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
class NonInherit
{
public:static NonInherit GetInstance(){return NonInherit();}
private:NonInherit(){}
};C11方法
final关键字final修饰类表示该类不能被继承。
class A final
{// ....
};设计模式 什么是设计模式 创建型模式Creational Patterns:
工厂方法模式Factory Method Pattern抽象工厂模式Abstract Factory Pattern单例模式Singleton Pattern建造者模式Builder Pattern原型模式Prototype Pattern
结构型模式Structural Patterns:
适配器模式Adapter Pattern桥接模式Bridge Pattern组合模式Composite Pattern装饰者模式Decorator Pattern外观模式Facade Pattern享元模式Flyweight Pattern代理模式Proxy Pattern
行为型模式Behavioral Patterns:
观察者模式Observer Pattern状态模式State Pattern策略模式Strategy Pattern命令模式Command Pattern职责链模式Chain of Responsibility Pattern迭代器模式Iterator Pattern中介者模式Mediator Pattern备忘录模式Memento Pattern访问者模式Visitor Pattern模板方法模式Template Method Pattern
并发型模式Concurrent Patterns:
信号量模式Semaphore Pattern线程池模式Thread Pool Pattern读写锁模式Read-Write Lock Pattern生产者消费者模式Producer-Consumer Pattern
以上仅是一些常见的设计模式实际上还有其他的设计模式。每个设计模式都有特定的应用场景和解决问题的方式。请注意在使用设计模式时应根据具体的需求和情况来选择适当的设计模式。
比如迭代器模式把复杂的东西给封装好使用时就可以避免接触复杂的底层结构。
比如配接器模式等等也是这个意思。
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。
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。
由于全局对象只能有一个换句话说是获取这个对象那就需要对构造函数进行操作。
单例模式有两种实现模式饿汉模式、懒汉模式
饿汉模式
饿汉模式的条件main函数之前就初始化
设计饿汉模式的步骤
将构造函数设成private以及封死拷贝构造和重载赋值定义成员变量变量类型为static 类型名在类外初始化这个单例的对象添加其它成员方法
namespace Hungry_man {// 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;private:Singleton() {};static Singleton _inst; //静态对象};Singleton Singleton::_inst; //在程序入口之前就完成单例对象的初始化// static对象是在main函数之前创建的这会只有主线程所以不存在线程安全。int x() {//Singleton s1; // 报错//Singleton copy(*Singleton::GetInstance()); // 报错cout Singleton::GetInstance() endl;cout Singleton::GetInstance() endl;vectorstd::thread vthreads;int n 16;for (int i 0; i n; i) {vthreads.push_back(std::thread([]() {//cout std::this_thread::get_id() :;cout Hungry_man::Singleton::GetInstance() endl;}));}for (auto e : vthreads){e.join();}return 0;}
}int main() {Hungry_man::x();return 0;
} 饿汉模式优缺点
优点简单 缺点单例对象初始化数据太多可能会导致进程启动慢且如果有多个单例类有初始化依赖关系饿汉模式无法控制
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
线程安全相关问题
饿汉模式在程序运行主函数之前就完成了单例对象的创建由于线程是在main函数之后创建的因此饿汉模式下单例对象的创建过程是线程安全的。
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。
懒汉模式是需要用到才创建并且在main函数之后
将构造函数设置为私有并将拷贝构造函数和赋值运算符重载函数设置为私有或删除防止外部创建或拷贝对象。提供一个指向单例对象的static指针并在程序入口之前先将其初始化为空。提供一个全局访问点获取单例对象
namespace Lazy_man {// 懒汉模式 - 第一次获取对象时在创建对象class Singleton {public:static Singleton* GetInstance() {// 双检查if (_pinst nullptr){//_mtx.lock();unique_lockmutex loc(_mtx); // 加锁 出了作用域解锁if (_pinst nullptr) {_pinst new Singleton;}//_mtx.unlock();}return _pinst;}static void DelInstance() {delete _pinst;_pinst nullptr;}Singleton(const Singleton) delete;private:Singleton() {};static Singleton* _pinst;static mutex _mtx;};Singleton* Singleton::_pinst nullptr;mutex Singleton::_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单例对象可以加入下面的设计class GC {~GC(){Singleton::DelInstance();}};static GC gc();int x() {//Singleton s1; // 报错//Singleton copy(*Singleton::GetInstance()); // 报错cout Singleton::GetInstance() endl;cout Singleton::GetInstance() endl;vectorstd::thread vthreads;int n 16;for (int i 0; i n; i) {vthreads.push_back(std::thread([]() {//cout std::this_thread::get_id() :;cout Singleton::GetInstance() endl;}));}for (auto e : vthreads){e.join();}return 0;}
}
new出来之后是否需要释放
一般单例模式对象不需要考虑释放。单例模式的类的一个对象通常在整个程序运行期间都会使用因此最后不delete也不会有问题只要进程最终正常结束对象的资源就会由OS自动释放。
懒汉模式优缺点
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
线程安全相关问题
懒汉模式是存在线程安全的问题的因为懒汉模式是在main函数之后的意味着调用GetInstance函数获取单例对象时可能会有多个线程同时执行新建单例对象如果不对这个过程进行保护此时这多个线程就会各自创建出一个单例对象并且还会造成覆盖导致内存泄漏所以需要对这个过程进程加锁保护
双检查
上面这种情况只有第一次需要加锁保护后续因为单例对象已经存在了就无需创建单例对象后续的加锁解锁无意义 外层新加的if判断可以避免了后续无意义的加锁解锁操作
单例对象的释放
单例对象创建后一般在整个程序运行期间都可能会使用所以我们可以不考虑单例对象的释放程序正常结束时会自动将资源归还给操作系统 也可以在单例类中实现一个垃圾回收类在垃圾回收类的析构函数中完成单例对象的释放。在单例类中定义一个静态的垃圾回收类对象程序结束时这个静态的垃圾回收类对象析构时便对单例对象进行了释放
