在C++中,类的对象建立分为两种,一种是静态建立,如A a;另一种是动态建立,如A* ptr=new A;这两种方式是有区别的。
- 静态建立一个类对象,是由编译器为对象在栈空间中分配内存,是通过直接移动栈顶指针,挪出适当的空间,然后在这片内存空间上调用构造函数形成一个栈对象。使用这种方法,直接调用类的构造函数;
- 动态建立类对象,是使用new运算符将对象建立在堆空间中。这个过程分为两步,第一步是执行operator new()函数,在堆空间中搜索合适的内存并进行分配;第二步是调用构造函数构造对象,初始化这片内存空间。这种方法,间接调用类的构造函数。
那么如何限制类对象只能在堆或者栈上建立呢?下面分别进行讨论。
只能在堆上创建对象
类对象只能建立在堆上,就是不能静态建立类对象,即不能直接调用类的构造函数。
方法一:
容易想到将构造函数设为私有。在构造函数私有之后,无法在类外部调用构造函数来构造类对象,只能使用new运算符来建立对象。
然而,new运算符的执行过程分为两步,C++提供new运算符的重载,其实是只允许重载operator new()函数,而operator()函数用于分配内存,无法提供构造功能。因此,这种方法不可以。
方法二:
当对象建立在栈上面时,是由编译器分配内存空间的,调用构造函数来构造栈对象。当对象使用完后,编译器会调用析构函数来释放栈对象所占的空间。编译器管理了对象的整个生命周期。
我们试想,如果编译器无法调用类的析构函数,情况会是怎样的呢?
比如,类的析构函数是私有的,编译器无法调用析构函数来释放内存。所以,编译器在为类对象分配栈空间时,会先检查类的析构函数的访问性,其实不光是析构函数,只要是非静态的函数,编译器都会进行检查。如果类的析构函数是私有的,则编译器不会在栈空间上为类对象分配内存。
因此,将析构函数设为私有,类对象就无法建立在栈上了。代码如下:
class A
{
public :
A(){}
void destory(){ delete this ;}
private :
~A(){}
};
试着使用A a;来建立对象,编译报错,提示析构函数无法访问。这样就只能使用new操作符来建立对象,构造函数是公有的,可以直接调用。类中必须提供一个destory函数,来进行内存空间的释放。类对象使用完成后,必须调用destory函数。
上述方法的缺点:
- 无法解决继承问题。如果A作为其它类的基类,则析构函数通常要设为virtual,然后在子类重写,以实现多态。因此析构函数不能设为private。还好C++提供了第三种访问控制,protected。将析构函数设为protected可以有效解决这个问题,类外无法访问protected成员,子类则可以访问。
- 另一个问题是,类的使用很不方便,使用new建立对象,却使用destory函数释放对象,而不是使用delete。(使用delete会报错,因为delete对象的指针,会调用对象的析构函数,而析构函数类外不可访问)这种使用方式比较怪异。
方法三
为了统一,可以将构造函数设为protected,然后提供一个public的static函数来完成构造,这样不使用new,而是使用一个函数来构造,使用一个函数来析构。代码如下,类似于单例模式:
class A
{
protected :
A(){}
~A(){}
public :
static A* create()
{
return new A();
}
void destory()
{
delete this ;
}
};
这样,调用create()函数在堆上创建类A对象,调用destory()函数释放内存。
只在栈上生成对象
只有使用new运算符,对象才会建立在堆上,因此,只要禁用new运算符就可以实现类对象只能建立在栈上。将operator new()设为私有即可。
代码如下:
class A
{
private :
void * operator new ( size_t t){} // 注意函数的第一个参数和返回值都是固定的
void operator delete ( void * ptr){} // 重载了new就需要重载delete
public :
A(){}
~A(){}
};
只能创建一个对象?
我们可以自定义类对象限制个数。
方法一:在类中创建一个静态变量Count,用来限制可创建的实例的数量。
include <iostream>
class SingleClass
{
public:
static SingleClass* GetSingleClass() //静态成员函数
{
if (Count > 0)
//如果Count大于0,那么就调用new创建一个类指针,并且计数Count减1,否则返回NULL
{
Count--;
return new SingleClass();
}
else
{
return NULL;
}
}
private:
SingleClass(){};
static int Count; //静态成员变量Count,不允许在类中初始化。定义为const则可以在这初始化,但是不可更改,不适合在这使用
};
int SingleClass::Count = 1; //Count的初始化,可以自己设置限制创建实例的个数
int main()
{
SingleClass* test; //只能通过定义类指针来创建类实例
test = SingleClass::GetSingleClass();
return 0;
}
上面程序第一次调用GetSingleClass函数时,可以得到一个正确的类对象指针。如果第二次调用GetSingleClass函数,则会得到NULL。static int Count变量不能在类中初始化,需要在类外初始化。
方法二
在类中创建一个静态类指针变量pSinClass,初始化为NULL,当成功创建一个类实例时,pSinClass不再为NULL,若pSinClass不为NULL,则不能再创建类对象。
程序如下:
#include <iostream>
class SingleClass
{
public:
static SingleClass* GetSingleClass() //静态成员函数
{
if (pSinClass == NULL)
//如果pSinClass为NULL,那么就调用new创建一个类指针,否则返回NULL
{
pSinClass = new SingleClass();
return pSinClass;
}
else
{
return NULL;
}
}
private:
SingleClass(){};
static SingleClass* pSinClass; //静态成员变量pSinClass,不允许在类中初始化。定义为const则可以在这初始化,但是不可更改,不适合在这使用
};
SingleClass* SingleClass::pSinClass = NULL; //pSinClass的初始化
int main()
{
SingleClass* test; //只能通过定义类指针来创建类实例
test = SingleClass::GetSingleClass();
return 0;
}