【c++】特殊类的设计

💻文章目录

📄前言
🌻特殊类的设计
- 无法被继承的类
- 只能在堆开辟空间的类
- 无法被拷贝的类
- 只能在栈开辟空间的类
🌺单例模式
- 饿汉模式
- 懒汉模式
📓总结

📄前言

你可听说过只能在堆上创建的类、无法被拷贝的类、甚至是不能继承的类，如果你从未听闻过这样的奇妙的类设计，不妨点进本篇文章，来进入学习设计模式的第一步。

🌻特殊类的设计

当你看到这些要实现的特殊类，可能会感到困惑，为什么需要做出这种看似没有任何意义的类，此时不妨自己动手来实现一下它们，这些看似无用的设计，其实正是通向设计模式的第一步。

无法被继承的类

class NonInherit final	//c++11中，直接使用final即可
{NonInherit() {}
};class NonInherit	//c++98
{
private:NonInherit(){}	//私有构造函数即可阻止类被继承
}

只能在堆开辟空间的类

限制类的实例只能在堆上创建，可以通过构造函数私有化，然后通过一个静态的函数来创建类。

class HeapOnly
{
public:static HeapOnly* creat()	//静态函数来返回地址{return new HeapOnly;}
private:HeapOnly() {};		//设为私有HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

无法被拷贝的类

防止类的对象被拷贝，可以通过删除拷贝构造函数和赋值运算符来实现。

class Noncopy
{
public:Noncopy() {}Noncopy &operator=(const Noncopy &) = delete;	//也可设为私有Noncopy(const Noncopy &) = delete;
};

只能在栈开辟空间的类

只要在类内把拷贝函数和赋值函数给设为私有或者使用delete（c++11）即可做出在栈开辟空间的类。

class StackOnly
{
public:void* operator new(size_t) = delete;void operator delete(void*) = delete;static StackOnly create(){return StackOnly();}
private:StackOnly() {}
};

🌺单例模式

单例模式是一种常用的设计模式，其核心是确保程序中只能一个类只能拥有一个实例，从而实现资源重复利用性，减少性能的损耗。

有了上方特殊类的创建思路，就能更理解饿汉模式与懒汉模式

饿汉模式

饿汉模式，在程序加载类的时候就马上加载实例，这样一来就保证了实例的唯一性。

优点：

没有线程安全问题，因为在线程开始就被创建。
实现简单。

缺点：

可能会造成资源浪费，特别是在还没有用到实例的时候。
无法控制类的加载顺序，因为在程序加载时就运行，所以会拉慢程序加载速度。

class SingletonEager // 饿汉模式，正如其名一拿到资源就吃掉
{                    // 优点：简单、
public:              // 缺点：可能会造成资源的浪费，没有使用的情况static SingletonEager &getInstance(){return _instance;}private:SingletonEager(){};SingletonEager(const SingletonEager &) = delete;SingletonEager &operator=(const SingletonEager &) = delete;static SingletonEager &_instance;
};

懒汉模式

懒汉模式指的是在需要用到实例的时候再创建，以此来保证资源不被浪费。

优点：

减缓内存压力，如果没有用到实例则内存不会被分配。
加载速度较快。只有在使用时才被创建。

缺点：

线程安全问题：如果有多个线程同时访问类，需要自己保证资源不会被同时访问，出现二义性问题。
相比于饿汉模式，实现比较复杂。

class SingletonLazy // 懒汉模式，在需要使用到实例的时候再创建实例，杜绝了资源浪费。
{                   // 优点：
public:             // 缺点：SingletonLazy(const SingletonLazy &) = delete;SingletonLazy &operator=(const SingletonLazy &) = delete;static SingletonLazy *getInstance(){std::lock_guard(_mtx); // 多线程情况下，防止二义性情况出现。if (_instance == nullptr){_instance = new SingletonLazy;}} // lock_guard 会自动释放 RAIIprivate:SingletonLazy(){};static SingletonLazy *_instance;static std::mutex _mtx;
};

📓总结

设计模式是前人总结出来的开发模板，每一个程序员都应该对它们有所了解，设计模式大致分为三类：创建型、结构型、行为型，本篇介绍了创建型的单例模式，但细算设计模式，一共有23种之多，这些设计模式让我们日后再谈。

单例模式类型	饿汉模式	懒汉模式
优点：	在程序启动时就完成了单例的初始化，保证了线程安全。实现简单。	单例实例在需要时才被创建，可以节省资源。对于资源消耗较大的单例，或者在初始化过程中需要依赖参数的情况下非常有用。
缺点：	如果程序启动后，单例未被使用，则会造成资源的浪费。初始化单例的过程可能会增加应用程序启动时间。	需要在多线程环境下确保线程安全，实现相对复杂，可能会影响性能