从C语言到C++_37(特殊类设计和C++类型转换)单例模式(上)

简介: 从C语言到C++_37(特殊类设计和C++类型转换)单例模式

1. 特殊类设计

普通类的设计基础上,提出一些限制条件设计的类就是特殊类。

1.1 不能被拷贝的类

       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。因此禁止拷贝的类只需要让该类禁止调用拷贝构造函数和赋值运算符重载函数即可。

C++98中的方式:将拷贝构造函数和赋值运算符重载函数只声明不定义,并设置成私有:

class CopyBan
{
public:
  CopyBan()
  {}
 
private:
  CopyBan(const CopyBan& cb); // 拷贝构造函数声明
  CopyBan& operator=(const CopyBan& cb); // 赋值运算符重载声明
};

原因:

  • ① 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
  • ② 只声明不定义:在调用拷贝构造和赋值运算符重载函数的时候,由于没有定义就会产生链接错误,在编译阶段就报错。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。


如上图代码,在对这个特殊类进行拷贝和赋值的时候,因为这两个成员函数私有而无法调用。

       C++11的方式: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。

class CopyBan
{
public:
  CopyBan()
  {}
 
private:
  CopyBan(const CopyBan&) = delete;
  CopyBan& operator=(const CopyBan&) = delete;
};

使用C++11中的给delete新赋予的意义来禁止生产拷贝构造和赋值运算符重载函数。

此时编译器也不会自动生成默认的拷贝构造函数和赋值运算符重载函数。

1.2 只能在堆上创建的类

正常创建类对象时,会在栈上创建,并且自动调用构造函数来初始化。

只能在创建在堆上时,就需要让该对象只能通过new来创建,并且调用构造函数来初始化。

class HeapOnly
{
public:
  static HeapOnly* CreateObject()
  {
    return new HeapOnly;
  }
  HeapOnly(const HeapOnly& hp) = delete;//禁止拷贝
  HeapOnly& operator = (const HeapOnly& hp) = delete; // 禁止拷贝
 
private:
  HeapOnly() //构造函数
  {}
};

       定义一个静态成员函数,在该函数内部new一个HeapOnly对象。将构造函数私有,并且禁止生成拷贝构造函数。


使用静态成员函数new一个HeapOnly对象的原因:

       非静态成员函数在调用的时候,必须使用点(.)操作符来调用,这一步是为了传this指针。这样的前提是先有一个HeapOnly对象,但是构造函数设置成了私有,就无法创建这样一个对象。


       而静态成员函数的调用不用传this指针,也就不用必须有HeapOnly对象,只需要类域::静态成员函数即可。否则就面临了先有鸡还是先有蛋的问题:非静态成员函数调用需要传对象,此时对象又只能调用非静态成员函数创建。静态成员函数属于HeapOnly域内,所以在new一个对象的时候,可以调用私有的构造函数。


禁止调用拷贝构造函数,并且私有化的原因:

这样的目的是为了禁止拷贝,防止使用堆区上的HeapOnly对象在栈区上拷贝,如下面代码:

而禁止了拷贝构造就杜绝了这一行为,从而保证了HeapOnly对象只能在堆上创建。


1.3 只能在栈上创建的类

只能主要做到不能在堆上创建类对象。

       new一个对象的时候,会调用该类的operator new(size_t size)函数,在释放资源的时候又会调用该类的operator delete(void* p)函数。

  StackOnly1 st1;
  static StackOnly1 st2;
  StackOnly1* st3 = new StackOnly1;

此时就是想办法禁止下面两行代码的使用了

方法1:通过一个静态成员函数在栈区上创建一个类对象,并且将默认构造函数私有化。

class StackOnly1
{
public:
  static StackOnly1 CreateObject()
  {
    return StackOnly1();
  }
 
private:
  StackOnly1()
  {}
};

此时new一个对象的时候,由于默认构造函数私有无法调用,所以报错。

但是此时我可以调用拷贝构造来在栈上创建:

如果加上防拷贝,第一种创建都创建不了了:


所以并没有很好的解决方式。


方法2:防止在堆上创建类对象就是要禁止调用这两个函数。

class StackOnly2
{
public:
  StackOnly2() //构造函数
  {}
  void* operator new(size_t size) = delete; // 禁止调用new
  void operator delete(void* p) = delete; // 禁止调用delete
};

       使用delete来禁止这两个函数的调用,那么在new一个对象的时候,就会产生编译错误,从而无法在堆区上创建类对象。此时在堆上创建对象时就会报错,尝试引用已经删除的函数。


这俩种设计方法共同的一个漏洞,类对象可以在静态区(数据段)上创建:

所以设计只能在栈上创建的类并没有什么很好的方案。

设计特殊类的核心点:只能通过静态成员函数来创建类,封掉其他所有创建方式


1.4 不能被继承的类

C++98的方式:基类的构造函数私有,派生类在创建对象的时候,无法调用基类的构造函数

class NonInherit // 基类
{
private:
  NonInherit() //基类构造函数私有
  {}
};
 
class B : public NonInherit // 派生类
{};

C++11的方式:使用C++11中的 final 关键字修饰基类,这个基类就无法继承。

此时不实例化也报错了。

 从C语言到C++_37(特殊类设计和C++类型转换)单例模式(中):https://developer.aliyun.com/article/1522501

目录
相关文章
|
5月前
|
安全 C语言 C++
比较C++的内存分配与管理方式new/delete与C语言中的malloc/realloc/calloc/free。
在实用性方面,C++的内存管理方式提供了面向对象的特性,它是处理构造和析构、需要类型安全和异常处理的首选方案。而C语言的内存管理函数适用于简单的内存分配,例如分配原始内存块或复杂性较低的数据结构,没有构造和析构的要求。当从C迁移到C++,或在C++中使用C代码时,了解两种内存管理方式的差异非常重要。
202 26
|
6月前
|
人工智能 机器人 编译器
c++模板初阶----函数模板与类模板
class 类模板名private://类内成员声明class Apublic:A(T val):a(val){}private:T a;return 0;运行结果:注意:类模板中的成员函数若是放在类外定义时,需要加模板参数列表。return 0;
174 0
|
6月前
|
存储 编译器 程序员
c++的类(附含explicit关键字,友元,内部类)
本文介绍了C++中类的核心概念与用法,涵盖封装、继承、多态三大特性。重点讲解了类的定义(`class`与`struct`)、访问限定符(`private`、`public`、`protected`)、类的作用域及成员函数的声明与定义分离。同时深入探讨了类的大小计算、`this`指针、默认成员函数(构造函数、析构函数、拷贝构造、赋值重载)以及运算符重载等内容。 文章还详细分析了`explicit`关键字的作用、静态成员(变量与函数)、友元(友元函数与友元类)的概念及其使用场景,并简要介绍了内部类的特性。
266 0
|
8月前
|
编译器 C++ 容器
【c++11】c++11新特性(上)(列表初始化、右值引用和移动语义、类的新默认成员函数、lambda表达式)
C++11为C++带来了革命性变化,引入了列表初始化、右值引用、移动语义、类的新默认成员函数和lambda表达式等特性。列表初始化统一了对象初始化方式,initializer_list简化了容器多元素初始化;右值引用和移动语义优化了资源管理,减少拷贝开销;类新增移动构造和移动赋值函数提升性能;lambda表达式提供匿名函数对象,增强代码简洁性和灵活性。这些特性共同推动了现代C++编程的发展,提升了开发效率与程序性能。
308 12
|
9月前
|
编译器 C++
类和对象(中 )C++
本文详细讲解了C++中的默认成员函数,包括构造函数、析构函数、拷贝构造函数、赋值运算符重载和取地址运算符重载等内容。重点分析了各函数的特点、使用场景及相互关系,如构造函数的主要任务是初始化对象,而非创建空间;析构函数用于清理资源;拷贝构造与赋值运算符的区别在于前者用于创建新对象,后者用于已存在的对象赋值。同时,文章还探讨了运算符重载的规则及其应用场景,并通过实例加深理解。最后强调,若类中存在资源管理,需显式定义拷贝构造和赋值运算符以避免浅拷贝问题。
|
9月前
|
编译器 C++
类和对象(下)C++
本内容主要讲解C++中的初始化列表、类型转换、静态成员、友元、内部类、匿名对象及对象拷贝时的编译器优化。初始化列表用于成员变量定义初始化,尤其对引用、const及无默认构造函数的类类型变量至关重要。类型转换中,`explicit`可禁用隐式转换。静态成员属类而非对象,受访问限定符约束。内部类是独立类,可增强封装性。匿名对象生命周期短,常用于临时场景。编译器会优化对象拷贝以提高效率。最后,鼓励大家通过重复练习提升技能!
|
存储 算法 C语言
从C语言到C++_39(C++笔试面试题)next_permutation刷力扣
从C语言到C++_39(C++笔试面试题)next_permutation刷力扣
246 5
|
存储 编译器 C语言
从C语言到C++_23(多态)抽象类+虚函数表VTBL+多态的面试题(下)
从C语言到C++_23(多态)抽象类+虚函数表VTBL+多态的面试题
250 1
|
存储 编译器 Linux
从C语言到C++_23(多态)抽象类+虚函数表VTBL+多态的面试题(中)
从C语言到C++_23(多态)抽象类+虚函数表VTBL+多态的面试题
181 1
|
编译器 C语言 C++
从C语言到C++_23(多态)抽象类+虚函数表VTBL+多态的面试题(上)
从C语言到C++_23(多态)抽象类+虚函数表VTBL+多态的面试题
213 0