C++ 特殊类及单例模式

2024-03-18 04:04
文章标签 c++ 模式 单例 特殊 类及

本文主要是介绍C++ 特殊类及单例模式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 1. 前言
  • 2. 不能被拷贝的类
  • 3. 不能被继承的类
  • 4. 只能在堆上创建对象的类
  • 5. 只能在栈上创建对象的类
  • 6. 只能创建一个对象的类（单例模式）

1. 前言

在实际场景中，我们在编写类的过程中总会遇到一些特殊情况，比如设计一个类不能被拷贝/不能被继承/只能在堆上创建对象/只能在栈上创建对象/只能创建一个对象，基于这些场景，我们来谈谈这些特殊类该如何实现。

2. 不能被拷贝的类

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的实现方法

    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:CopyBan(const CopyBan&);CopyBan& operator=(const CopyBan&);//...
};

    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：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的实现方法

    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
{// ...CopyBan(const CopyBan&) = delete;CopyBan& operator=(const CopyBan&) = delete;//...
};

3. 不能被继承的类

  • C++98的实现方法

    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的实现方法

    final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。

    class NonInherit final
{// ....
};

4. 只能在堆上创建对象的类

顾名思义就是只能通过new来创建对象，一般的实现思路有以下两种，注意细节处理。

  1. 析构函数私有化

    将析构函数私有化后，由于对象析构时并不能调用到析构函数，所以在栈上直接创建对象会报错，我们只能在堆上new一个对象。但是在销毁对象时，我们不能使用delete直接销毁对象，因为delete也会调用到析构函数，这里可以特殊处理，在共有域定义一个函数，此函数显示调用析构。

    class HeapOnly
{
public:void destory(){delete this;}
private:~HeapOnly(){cout << "调用析构成功!" << endl;}
};
int main()
{//HeapOnly ho1; // error 析构函数不可访问，无法创建对象HeapOnly* ho2 = new HeapOnly;//delete ho2; // error 析构函数不可访问，无法销毁对象 h2->destory();return 0;
}

  2. 构造函数私有化

    将构造函数私有化后，由于对象创建时无法调用到构造函数，所以不管在堆上还是栈上都无法创建对象。在这里我们可以在公有域定义一个函数去在堆上创建一个该类的对象，并返回指向这块空间的指针，我们巧妙地将其设置成static函数，这样我们就可以通过类名来调用该函数，而该函数是唯一创建该类对象的方法。

    class HeapOnly
{
public:static HeapOnly* CreateObject(int x = 0){return new HeapOnly(x);}
private:HeapOnly(int x = 0) :_x(x){}int _x;
};int main()
{//HeapOnly ho1; // error 构造函数不可访问，无法创建对象//HeapOnly* ho2 = new HeapOnly; // error 构造函数不可访问，无法创建对象HeapOnly* ho3 = HeapOnly::CreateObject(10);return 0;
}

  3. 细节处理

    做到以上的实现后，我们还需拷贝构造声明成私有，防止别人调用拷贝在栈上生成对象。

    // C++98
private:HeapOnly(const HeapOnly&);
// C++11
HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;

5. 只能在栈上创建对象的类

有了前面的思路，我们可以利用构造函数私有化来解决此问题。

设计方法：将构造函数私有化，然后设计静态函数创建返回对象即可。

注意：这里需要将operator new和operator delete禁用，因为new可以调用拷贝构造创建对象，如果我们在类中没有重载operator new，new就会调用全局的operator new，所以要想禁用new，则需要在类中将operator new禁用。

class StackOnly
{
public:static StackOnly CreateObj(){return StackOnly();}// 禁掉operator new可以把下面用new调用拷贝构造创建对象给禁掉void* operator new(size_t size) = delete;void operator delete(void* p) = delete;
private:StackOnly():_a(0){}
private:int _a;
};int main()
{StackOnly so1 = StackOnly::CreateObj();//StackOnly* so2 = new StackOnly(so1); // error 无法引用operator newreturn 0;
}

6. 只能创建一个对象的类（单例模式）

在学习单例模式前，我们先来了解一下设计模式：

在这里插入图片描述

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。

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。

单例模式就是设计模式的一种：

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。

单例模式有两种实现模式：

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。

具体代码实现：

class Singleton
{
public:static Singleton* GetInstance(){return _ins;}
private://限制类外随意创建对象Singleton(const Singleton& s) = delete;Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;Singleton() {}static Singleton* _ins;
};
Singleton* Singleton::_ins = new Singleton; // 在程序入口之前就完成单例对象的初始化
  • 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

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， 初始化网络连接，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。

具体代码实现：

//懒汉模式
class Singleton
{
public:static Singleton* GetInstance(){if (m_pInstance == nullptr){m_mtx.lock();if (m_pInstance == nullptr){m_pInstance = new Singleton();}m_mtx.unlock();}return m_pInstance;}// 实现一个内嵌垃圾回收类class CGarbo{public:~CGarbo(){if (Singleton::m_pInstance)delete Singleton::m_pInstance;}};// 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 CGarbo Garbo;private://限制类外随意创建对象Singleton(const Singleton& s) = delete;Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;Singleton() {}
private:static Singleton* m_pInstance; // 单例对象指针static mutex m_mtx; // 互斥锁
};
Singleton* Singleton::m_pInstance = nullptr;
Singleton::CGarbo Garbo;
mutex Singleton::m_mtx;

与饿函数模式不同的是，懒汉模式在多线程情况下有线程安全问题，所以在第一次拿唯一的对象前需要加锁，并且对象在程序启动时被置空了，只有调用了GetInstance()才会真正的分配空间。

拓展：C++常用的11种设计模式。

这篇关于C++ 特殊类及单例模式的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/821128。

相关文章

【C++ Primer Plus习题】13.4

【C++ Primer Plus习题】13.4

大家好,这里是国中之林! ❥前些天发现了一个巨牛的人工智能学习网站，通俗易懂，风趣幽默，忍不住分享一下给大家。点击跳转到网站。有兴趣的可以点点进去看看← 问题: 解答: main.cpp #include <iostream>#include "port.h"int main() {Port p1;Port p2("Abc", "Bcc", 30);std::cout <<
阅读更多...
C++包装器

C++包装器

包装器 在 C++ 中，“包装器”通常指的是一种设计模式或编程技巧，用于封装其他代码或对象，使其更易于使用、管理或扩展。包装器的概念在编程中非常普遍，可以用于函数、类、库等多个方面。下面是几个常见的 “包装器” 类型： 1. 函数包装器 函数包装器用于封装一个或多个函数，使其接口更统一或更便于调用。例如，std::function 是一个通用的函数包装器，它可以存储任意可调用对象（函数、函数
阅读更多...
C++11第三弹：lambda表达式 | 新的类功能 | 模板的可变参数

C++11第三弹：lambda表达式 | 新的类功能 | 模板的可变参数

🌈个人主页： 南桥几晴秋 🌈C++专栏： 南桥谈C++ 🌈C语言专栏： C语言学习系列 🌈Linux学习专栏： 南桥谈Linux 🌈数据结构学习专栏： 数据结构杂谈 🌈数据库学习专栏： 南桥谈MySQL 🌈Qt学习专栏： 南桥谈Qt 🌈菜鸡代码练习： 练习随想记录 🌈git学习： 南桥谈Git 🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈�
阅读更多...
【C++】_list常用方法解析及模拟实现

【C++】_list常用方法解析及模拟实现

相信自己的力量，只要对自己始终保持信心，尽自己最大努力去完成任何事，就算事情最终结果是失败了，努力了也不留遗憾。💓💓💓 目录   ✨说在前面 🍋知识点一：什么是list？ •🌰1.list的定义 •🌰2.list的基本特性 •🌰3.常用接口介绍 🍋知识点二：list常用接口 •🌰1.默认成员函数 🔥构造函数（⭐） 🔥析构函数 •🌰2.list对象
阅读更多...
06 C++Lambda表达式

06 C++Lambda表达式

lambda表达式的定义 没有显式模版形参的lambda表达式 [捕获] 前属性 (形参列表) 说明符 异常 后属性 尾随类型 约束 {函数体} 有显式模版形参的lambda表达式 [捕获] <模版形参> 模版约束 前属性 (形参列表) 说明符 异常 后属性 尾随类型 约束 {函数体} 含义 捕获：包含零个或者多个捕获符的逗号分隔列表 模板形参：用于泛型lambda提供个模板形参的名
阅读更多...
在JS中的设计模式的单例模式、策略模式、代理模式、原型模式浅讲

在JS中的设计模式的单例模式、策略模式、代理模式、原型模式浅讲

1. 单例模式（Singleton Pattern） 确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。 示例代码： class Singleton {constructor() {if (Singleton.instance) {return Singleton.instance;}Singleton.instance = this;this.data = [];}addData(value)
阅读更多...
6.1.数据结构-c/c++堆详解下篇（堆排序，TopK问题）

6.1.数据结构-c/c++堆详解下篇（堆排序，TopK问题）

上篇：6.1.数据结构-c/c++模拟实现堆上篇（向下，上调整算法，建堆，增删数据）-CSDN博客 本章重点 1.使用堆来完成堆排序 2.使用堆解决TopK问题 目录 一.堆排序 1.1 思路 1.2 代码 1.3 简单测试 二.TopK问题 2.1 思路(求最小)： 2.2 C语言代码（手写堆） 2.3 C++代码（使用优先级队列 priority_queue）
阅读更多...
【C++高阶】C++类型转换全攻略：深入理解并高效应用

【C++高阶】C++类型转换全攻略：深入理解并高效应用

📝个人主页🌹：Eternity._ ⏩收录专栏⏪：C++ “ 登神长阶 ” 🤡往期回顾🤡：C++ 智能指针 🌹🌹期待您的关注 🌹🌹 ❀C++的类型转换 📒1. C语言中的类型转换📚2. C++强制类型转换⛰️static_cast🌞reinterpret_cast⭐const_cast🍁dynamic_cast 📜3. C++强制类型转换的原因📝
阅读更多...
BUUCTF（34）特殊的 BASE64

BUUCTF（34）特殊的 BASE64

使用pycharm时，如果想把代码撤销到之前的状态可以用 Ctrl+z 如果不小心撤销多了，可以用 Ctrl+Shift+Z 还原， 别傻傻的重新敲了 BUUCTF在线评测 (buuoj.cn) 查看字符串，想到base64的变表 这里用的c++的标准程序库中的string，头文件是#include<string> 这是base64的加密函数 std::string
阅读更多...
C++——stack、queue的实现及deque的介绍

C++——stack、queue的实现及deque的介绍

目录 1.stack与queue的实现 1.1stack的实现  1.2 queue的实现 2.重温vector、list、stack、queue的介绍 2.1 STL标准库中stack和queue的底层结构  3.deque的简单介绍 3.1为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器  3.2 STL中对stack与queue的模拟实现 ①stack模拟实现
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2