一、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。
// 禁止拷贝的类 class copyban { private: copyban(const copyban& cb); const copyban& operator=(const copyban& cb); };
- C++11
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。
// 禁止拷贝的类 class copyban { public: copyban(const copyban& cb) = delete; const copyban& operator=(const copyban& cb) = delete; };
二、设计一个类，只能在堆上创建对象
1、思路一：封锁构造函数
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。
原因：
对象只能通过构造函数或者拷贝构造的方式进行创建，由于构造是私有的，类外不可以访问，如果想要创建对象只能调用这个静态成员函数，而静态成员函数里面创建的对象全都被我们设计在堆上了。
// 只能在堆上创建的对象 class HeapOnly { public: static HeapOnly* CreateObj(int x) { return new HeapOnly(x); } HeapOnly(const HeapOnly& ho) = delete; private: HeapOnly(int x) :_x(x) {} int _x; }; int main() { //报错， //HeapOnly ho(1); // 正常运行 HeapOnly* p = HeapOnly::CreateObj(1); }
2、思路二：封锁析构函数
实现方式：
- 将类的析构函数私有，使用
new完成堆对象的创建。 - 提供一个公开的成员函数，用此公开的成员函数来析构对象。
原因：
- C++在栈上创建的对象析构时会隐式调用析构函数，由于析构函数是私有的，栈上如果创建了对象，就没有办法正常销毁。
- C++堆上的对象创建时不需要管析构函数，因为堆上的对象析构时要显示调用析构函数（不调用就会造成内存泄漏）
- 堆上的对象销毁时要调用析构函数，由于析构函数是私有的，为了完成资源清理，我们可以提供一个公开的成员函数，用此公开的成员函数来析构对象。
// 封锁析构 class HeapOnly { public: HeapOnly(int x) :_x(x) {} void Release() { delete this; } private: ~HeapOnly() { cout << "~HeapOnly()" << endl; } int _x; }; int main() { //报错， //HeapOnly ho(1); HeapOnly* ptr = new HeapOnly(1); ptr->Release(); }
三、设计一个类，只能在栈上创建对象
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。
class StackOnly { public: static StackOnly CreateObj(int x) { return StackOnly(x); } //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(obj_1); void* operator new(size_t size) = delete; private: StackOnly(int x) :_x(x) {} int _x; }; int main() { StackOnly so = StackOnly::CreateObj(1); // 报错 //StackOnly* ptr = new StackOnly(so); }
四、请设计一个类，不能被继承
- C++98方式
C++98中可以将构造函数私有化，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() {} };
- C++11方法
final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。
class A final { // .... };
五、请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)
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。
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。
1、单例模式的实现思路：
- 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。
- 提供一个全局访问点获取单例对象。
两种实现模式：
- 饿汉模式：不管你将来用不用，程序启动时就先创建一个唯一的实例对象。
class singleton { public: // 全局访问点 static singleton* GetInstance() { return _psin; } void Add(const string& s) { _mtx.lock(); _vstr.push_back(s); _mtx.unlock(); } private: // 禁止创建对象 singleton() {} singleton(const singleton& sl) = delete; const singleton& operator=(const singleton& sl) = delete; mutex _mtx; //唯一对象的数据 vector<string> _vstr; //指向唯一的对象 static singleton* _psin; }; // 得到唯一对象，在程序入口之前就完成单例对象的初始化 singleton* singleton::_psin = new singleton; int main() { singleton::GetInstance()->Add("main : " + to_string(1)); int n = 100; singleton::GetInstance()->Print(); cout << singleton::GetInstance()->Count() << endl; return 0; }
- 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。
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。
- 懒汉模式，程序运行时需要使用单例对象时才实例对象
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。
class singleton { public: static singleton* GetInstance() { // 双检查 // 这一层用于提高效率 if (_psin == nullptr) { _smtx.lock(); // 这一层用于保证线程安全 if (_psin == nullptr) { _psin = new singleton; } _smtx.unlock(); } return _psin; } void Add(const string& s) { _mtx.lock(); _vstr.push_back(s); _mtx.unlock(); } static void DelInstance() { _smtx.lock(); if (_psin) { delete _psin; } _smtx.unlock(); } // 内部类 保证完成单例对象的回收 struct GC { ~GC() { DelInstance(); } }; // 当_gc对象销毁时自动调用析构函数。 static GC _gc; ~singleton() { // 一些持久化工作...这里就不再写出 //... cout << "~singleton()" << endl; } private: // 禁止创建对象 singleton() {} singleton(const singleton& sl) = delete; const singleton& operator=(const singleton& sl) = delete; vector<string> _vstr; // 这把锁用来保护_vstr mutex _mtx; static singleton* _psin; // 这把锁用来保护 _psin static mutex _smtx; }; // 初始化静态对象 singleton* singleton::_psin = nullptr; mutex singleton::_smtx; singleton::GC singleton::_gc;
线程安全相关问题：
- 懒汉模式是等到某个线程需要使用这个单例对象时再进行创建，也就是
GetInstance函数第一次被调用时创建单例对象。 - 在调用
GetInstance函数获取单例对象时，需要先判断这个static指针是否为空，如果为空则说明这个单例对象还没有创建，此时需要先创建这个单例对象然后再将单例对象返回。 GetInstance函数第一次调用时需要对static指针进行写入操作，这个过程不是线程安全的，因为多个线程可能同时调用GetInstance函数，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对象。
懒汉模式还有一种比较经典的实现方式：
在单例类的GetInstance函数中定义一个静态的单例对象并返回，由于实际只有第一次调用GetInstance函数时才会定义这个静态的单例对象，这也就保证了全局只有这一个唯一实例。
class singleton { public: static singleton* GetInstance() { // 创建静态对象进行返回，利用static关键字的特性 static singleton sing; return &sing; } void Add(const string& s) { _mtx.lock(); _vstr.push_back(s); _mtx.unlock(); } ~singleton() { // 一些持久化工作... cout << "~singleton()" << endl; } private: // 禁止创建对象 singleton() {} singleton(const singleton& sl) = delete; const singleton& operator=(const singleton& sl) = delete; // 唯一对象的数据 vector<string> _vstr; mutex _mtx; static singleton* _psin; }; singleton* singleton::_psin = nullptr;
这种版本的懒汉模式的优点：
- 实现起来比较简单，在实例化对象时不需要双检查，不需要写
GC这样的类创建gc对象，也能够主动销毁对象。
缺点：
- 单例对象定义在静态区，因此太大的单例对象不适合使用这种方式。
- 单例对象创建在静态区后没办法主动释放。
- 兼容性不是很好，C++98标准不保证多线程初始化static变量不会发生数据竞争，而C++11以后可以保证多线程初始化static变量不会发生数据竞争。
2、饿汉模式和懒汉模式对比
- 饿汉模式
优点：简单。
缺点: 饿汉模式在程序运行主函数之前就会创建单例对象，如果单例类的构造函数中所做的工作比较多，就会导致程序迟迟无法进入主函数，在外部看来就好像是程序卡住了。
此外，如果有多个单例类需要创建单例对象，并且它们之间的初始化存在某种依赖关系，比如单例对象A的创建必须在单例对象B之后，此时饿汉模式也会存在问题，因为我们无法保证这多个单例对象中的哪个对象先创建。 - 懒汉模式
优点：很好的解决上述饿汉模式的缺点，并且懒汉模式中各个单例对象创建的顺序是由各个单例类中的GetInstance函数第一次被调用的顺序决定，因此是可控制的。
缺点: 在编码上比饿汉模式复杂，在创建单例对象时需要考虑线程安全的问题。
