特殊类设计
1. 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
// 声明成私有
HeapOnly(const HeapOnly&);
// or
// C++11
HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};
2. 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 CreateObject()
{
return StackOnly();
}
private:
StackOnly() {}
};
方法二:屏蔽new
因为new在底层调用void* operator new(size_t size)函数,只需将该函数屏蔽掉即可。
注意:也要防止定位new
class StackOnly
{
public:
StackOnly() {}
private:
void* operator new(size_t size);
void operator delete(void* p);
};
3. 请设计一个类,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。
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。
4. 请设计一个类,不能被继承
- C++98方式
// 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
{
// ....
};
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。
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。
- 饿汉模式
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++11
Singleton(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
- 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。
// 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;
void func(int n)
{
cout << Singleton::GetInstance() << endl;
}
// 多线程环境下演示上面GetInstance()加锁和不加锁的区别。
int main()
{
thread t1(func, 10);
thread t2(func, 10);
t1.join();
t2.join();
cout << Singleton::GetInstance() << endl;
cout << Singleton::GetInstance() << endl;
}
C++的类型转换
1. C语言中的类型转换
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
2. 为什么C++需要四种类型转换
C风格的转换格式很简单,但是有不少缺点的:
- 隐式类型转化有些情况下可能会出问题:比如数据精度丢失
- 显式类型转换将所有情况混合在一起,代码不够清晰
因此C++提出了自己的类型转化风格,注意因为C++要兼容C语言,所以C++中还可以使用C语言的转化风格。
3. 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
3.1 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;
return0;
}
3.2 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
typedef void (* FUNC)();
int DoSomething (int i)
{
cout<<"DoSomething" <<endl;
return 0;
}
void Test ()
{
//
// reinterpret_cast可以编译器以FUNC的定义方式去看待DoSomething函数
// 所以非常的BUG,下面转换函数指针的代码是不可移植的,所以不建议这样用
// C++不保证所有的函数指针都被一样的使用,所以这样用有时会产生不确定的结果
//
FUNC f = reinterpret_cast< FUNC>(DoSomething );
f();
}
3.3 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;
}
3.4 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:
1. dynamic_cast只能用于含有虚函数的类
2. 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;
}
3.5 explicit
explicit关键字阻止经过转换构造函数进行的隐式转换的发生
class A
{
public :
explicit A (int a)
{
cout<<"A(int a)" <<endl;
}
A(const A& a)
{
cout<<"A(const A& a)" <<endl;
}
private :
int _a ;
};
int main ()
{
A a1 (1);
// 隐式转换-> A tmp(1); A a2(tmp);
A a2 = 1;
}