C++:特殊类设计及类型转换

一.常见特殊类的设计方式

1.请设计一个类，不能被拷贝

2.请设计一个类，只能在堆上创建对象

3.请设计一个类，只能在栈上创建对象

4.请设计一个类，不能被继承

5.请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

二.C语言类型转换

三.C++强制类型转换

1.static_cast

2.reinterpret_cast

3.const_cast

4.dynamic_cast

四.RTTI

一.常见特殊类的设计方式

1.请设计一个类，不能被拷贝

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:

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

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;//...
};

2.请设计一个类，只能在堆上创建对象

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

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;
};

3.请设计一个类，只能在栈上创建对象

方法一: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(){return StackOnly();}//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();// StackOnly* ptr3 = new StackOnly(obj);void* operator new(size_t size) = delete;void operator delete(void* p) = delete;private:StackOnly()  :_a(0){}private:int _a;
};

4.请设计一个类，不能被继承

C++98

// 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

ﬁnal关键字，ﬁnal修饰类，表示该类不能被继承

5.请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

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

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

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

单例模式的两种实现方法:

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

// 饿汉模式// 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。class Singleton{public:static Singleton* GetInstance(){return &m_instance;} private:// 构造函数私有Singleton(){};// C++98 防拷贝Singleton(Singleton const&); Singleton& operator=(Singleton const&); // or// C++11Singleton(Singleton const&) = delete; Singleton& operator=(Singleton const&) = delete; static Singleton m_instance;};Singleton Singleton::m_instance;  // 在程序入口之前就完成单例对象的初始化

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

// 懒汉
// 优点：第一次使用实例对象时，创建对象。进程启动无负载。多个单例实例启动顺序自由控
制。
// 缺点：复杂#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
using namespace std;
class Singleton
{public:static Singleton* GetInstance() {// 注意这里一定要使用Double-Check的方式加锁，才能保证效率和线程安全if (nullptr == m_pInstance) {m_mtx.lock();if (nullptr == m_pInstance) {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:// 构造函数私有Singleton(){};// 防拷贝Singleton(Singleton const&);Singleton& operator=(Singleton const&);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;int main()
{thread t1([]{cout << &Singleton::GetInstance() << endl; });thread t2([]{cout << &Singleton::GetInstance() << endl; });t1.join();t2.join();cout << &Singleton::GetInstance() << endl;cout << &Singleton::GetInstance() << endl;return 0;
}

饿汉和懒汉的区别:

懒汉模式需要考虑线程安全和释放的问题,实现相对更复杂,而饿汉不存在以上问题,实现简单
懒汉是一种懒加载模式需要时在初始化建立对象,不会影响程序的启动,饿汉模式则相反,程序启动阶段就创建初始化实例对象,会导致程序启动慢,影响体验
如果有多个单例类,假设有依赖关系(B依赖A),要求A单例先创建初始化,B单例在创建初始化,那么就不能用饿汉模式,因为无法保证创建初始化顺序,这是用懒汉我们就可以手动控制

二.C语言类型转换

在C语言中，如果赋值运算符左右两侧类型不同，或者形参与实参类型不匹配，或者返回值类型与接收返回值类型不一致时，就需要发生类型转化，C语言中总共有两种形式的类型转换：隐式类型转换和显式类型转换

隐式类型转化：编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败
显式类型转化：需要用户自己处理

void Test ()
{int i = 1;// 隐式类型转换double d = i;printf("%d, %.2f\n" , i, d);int* p = &i;// 显示的强制类型转换int address = (int) p;printf("%x, %d\n" , p, address);
}

缺陷:转换的可视性比较差，所有的转换形式都是以一种相同形式书写，难以跟踪错误的转换

三.C++强制类型转换

标准C++为了加强类型转换的可视性，引入了四种命名的强制类型转换操作符：

static_cast、reinterpret_cast、const_cast、dynamic_cast

1.static_cast

static_cast用于非多态类型的转换（静态转换），编译器隐式执行的任何类型转换都可用 static_cast，但它不能用于两个不相关的类型进行转换

int main()
{double d = 12.34;int a = static_cast<int>(d);cout<<a<<endl;return 0;
}

2.reinterpret_cast

reinterpret_cast操作符通常为操作数的位模式提供较低层次的重新解释，用于将一种类型转换为另一种不同的类型

int main()
{double d = 12.34;int a = static_cast<int>(d);cout << a << endl;// 这里使用static_cast会报错，应该使用reinterpret_cast//int *p = static_cast<int*>(a);int *p = reinterpret_cast<int*>(a);return 0;
}

3.const_cast

const_cast最常用的用途就是删除变量的const属性，方便赋值

void Test ()
{const int a = 2;int* p = const_cast< int*>(&a );*p = 3;cout<<a <<endl;
}

4.dynamic_cast

dynamic_cast用于将一个父类对象的指针/引用转换为子类对象的指针或引用(动态转换)

向上转型：子类对象指针/引用->父类指针/引用(不需要转换，赋值兼容规则)

向下转型：父类对象指针/引用->子类指针/引用(用dynamic_cast转型是安全的)

注意:

dynamic_cast只能用于父类含有虚函数的类
dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回0

class A
{public :virtual void f(){}
};class B : public A
{};void fun (A* pa)
{// dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回B* pb1 = static_cast<B*>(pa);B* pb2 = dynamic_cast<B*>(pa);cout<<"pb1:" <<pb1<< endl;cout<<"pb2:" <<pb2<< endl;
}int main ()
{A a;B b;fun(&a);fun(&b);return 0;
}

注意:

强制类型转换关闭或挂起了正常的类型检查，每次使用强制类型转换前，程序员应该仔细考虑是否还有其他不同的方法达到同一目的，如果非强制类型转换不可，则应限制强制转换值的作用域，以减少发生错误的机会。强烈建议：避免使用强制类型转换