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[C++知识库]C++---特殊类设计

1. 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。

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。

2. 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。

2.1 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

class Singleton
{
public:
	//提供一个共有接口,来获取这个对象
	static Singleton* GetInstance()
	{
		return _psln;
	}
private:
	Singleton()
	{}

	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(Singleton&) = delete;

	static Singleton* _psln;
};

Singleton Singleton::_psln;

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

  1. 保证全局(整个进程)只有唯一实例对象
  2. 饿汉模式:一开始就创建对象,特别简单

缺陷

  • 缺点1:多个单例对象A,B,C假设要求他们之间有依赖关系:依次创建,就无法达到,无法保证顺序
  • 缺点2:可能会导致程序启动很慢

2.2 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。

class Singleton
{
public:
	//双检查,后续对象已经创建出来以后,不需要在加锁
	static Singleton* GetInstance()
	{ 
		if (_psln == nullptr)
		{
			unique_lock<mutex> lock(_Mtx); //这把锁就保证了线程安全的问题,但是加锁是十分影响效率的,线程等待的过程是会切换上下文的
			//并且这唯一的实例化对象是频发要调用的,如果每次来都有锁,那真的太恶心了,所以这里就提出了一个双重检查
			if (_psln == nullptr)
			{
				//有可能两个线程都走到了这里,然后一个new完出去了,另一个紧接着又new,把前一个new的给替换掉了,所以要加锁
				_psln = new Singleton;
			}
		}
		return _psln;
	}
private:
	Singleton()
	{}

	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(Singleton&) = delete;

	static Singleton* _psln;
	static mutex _Mtx;
};

Singleton* Singleton::_psln = nullptr;
mutex Singleton::_Mtx;
  • 懒汉模式:第一次调用的时候才会创建初始化实例
  • 如果不加锁是会出现线程安全的问题
  • 但是加锁是会十分影响性能的,所以引入了双检查
  • 既要保证线程安全+又要保证效率的问题

3. 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。
  2. 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* CreateObject()
	{
		return new HeapOnly;
	}
private:
	HeapOnly() {}

	// C++98
	// 1.只声明,不实现。因为实现可能会很麻烦,而你本身不需要
	// 2.声明成私有
	HeapOnly(const HeapOnly&);

		// or

		// C++11 
	HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

4. 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 CreateObject() 
	 { 
 		return StackOnly(); 
	 }
private:
	 StackOnly() {}
};

5. 不能被拷贝

拷贝只会在两个场景中: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。
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

  • 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;
	 //...
};

6. 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(派生类的构造函数,必须调用父类的构造函数初始化继承的父类成员,但是父类构造函数私有,派生类内不可见)。则无法继承

// 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
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
{
	 // ....
};
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加:2021-08-01 14:19:22  更:2021-08-01 14:21:57 
 
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