C++特殊类设计【特殊类 || 单例对象 || 饿汉模式 || 懒汉模式】

本文主要是介绍C++特殊类设计【特殊类 || 单例对象 || 饿汉模式 || 懒汉模式】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

目录

一，特殊类设计 

1. 只在堆上创建的类

2. 只允许在栈上创建的类 

3. 不能被继承的类

4. 不能被拷贝的类

 5. 设计一个类，只能创建一个对象（单例对象）

饿汉模式

懒汉模式

C++11静态成员初始化多线程安全问题

二， C++类型转换

C语言类型转换存在的问题

1. static_cast（近似类型）

2. reinterpret_cast(不相关类型)

3. const_cast 

4. dynamic_cast（一般用于多态）

5. RTTI（了解）

结语

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嗨！收到一张超美的风景图，愿你每天都能顺心！

一，特殊类设计 

1. 只在堆上创建的类

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

// 方法一
class HeapOnly
{
public:void Destory(){cout << "~HeapOnly" << endl;delete this;}private:~HeapOnly(){}int i;
};
// 将析构函数设为私有，这样在栈中的对象(不需要手动析构)，在栈结束时
// 无法自动调用析构函数。// 方法二：构造函数私有，仅提供一个creat函数来进行构造
class HeapOnly_2
{
public:// static 添加原因：我们知道调用成员函数需要对象，但我们这时并没有对象，// 因此需要用static修饰。(先有鸡先有蛋问题)static HeapOnly_2*  creat_(int b) {return new HeapOnly_2(b);}// 防止默认拷贝，赋值构造生成，在栈上创建HeapOnly_2(const HeapOnly_2& b) = delete;HeapOnly_2& operator=(const HeapOnly_2& b) = delete;
private:HeapOnly_2(int b):i(b){}int i;
};int main()
{// HeapOnly it;HeapOnly* it = new HeapOnly;it->Destory();//HeapOnly_2 it2;HeapOnly_2* it2 = HeapOnly_2::creat_(1);//HeapOnly_2 it3 = *it2; //HeapOnly_2 it3(*it2);delete it2return 0;
}

2. 只允许在栈上创建的类 

class StackOnly
{
public:static StackOnly creat_(int b){return StackOnly(b); //意味着拷贝构造不能禁止 }// creat_返回值是右值，我们拷贝构造参数只设置右值,同时默认构造也不会产生StackOnly(StackOnly&& st):_i(st._i){}//但这也没有禁止，move一下就又可以了private:// 构造一私有，堆栈上都无法构造创建StackOnly(int i):_i(i){}StackOnly& operator=(const StackOnly& st) = delete;int _i;
};

方法同1类似，但这无法限制住，static对象的拷贝。

3. 不能被继承的类

C++98方式，将构造函数私有，派生类无法调用到构造函数导致无法被继承。

// C++98中构造函数私有化，派生类中调不到基类的构造函数。则无法继承
class NonInherit
{
public:static NonInherit GetInstance(){return NonInherit();}
private:NonInherit(){}
};

C++11新方式，在目标类添加关键词——final，表示该类无法被继承。

class A  final
{// ....
};

4. 不能被拷贝的类

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。

class CopyBan
{// ...CopyBan(const CopyBan&)=delete;CopyBan& operator=(const CopyBan&)=delete;//...
};

 5. 设计一个类，只能创建一个对象（单例对象）

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。我们学过的有适配器，迭代器，包装器，以及扩展：工厂，观察者模式。下面的单例模式也是 。

饿汉模式

就是说不管你将来用不用，程序启动时就先创建一个唯一的实例对象 。

class SingleCase
{
public:static SingleCase* GetInstace(){return _sc;}size_t GetSize(){return _vc.size();}void Add(const string& str){_mtx.lock();_vc.push_back(str);_mtx.unlock();}void print(){for (auto& it : _vc){cout << it << endl;}}SingleCase(const SingleCase& it) = delete;SingleCase& operator=(const SingleCase& it) = delete;
private:SingleCase(){}mutex _mtx;vector<string> _vc;static SingleCase* _sc;
};
// 声明定义分离，_sc是也在类成员中(能调用类成员)，虽然看起来像在类外。
SingleCase* SingleCase::_sc = new SingleCase;

 饿汉的缺点：

1. 单例对象的构造可能会占用大量资源，对应用程序的打开比较慢。

2. 不适合多个单例对象之间存在依赖关系生成。如单例A，单例B，必须得先有A再有B,如果在同一个源文件中跟声明顺序相同；但如果不在同一个源文件中，产生顺序就不确定。

优点：代码简单，支持一些高并发场景

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 SingleCase_lazy
{
public:static SingleCase_lazy* GetInstace(){// 处理大多数情况，提高效率if (_sc == nullptr){SingleCase_lazy::new_mtx.lock();// 两程序几乎同一时间进入该// 作用域时，再进行判断if (_sc == nullptr) {// 加锁防止_sc发生覆盖_sc = new SingleCase_lazy;}SingleCase_lazy::new_mtx.unlock();}return _sc;}size_t GetSize(){return _vc.size();}void Add(const string& str){_vmtx.lock();_vc.push_back(str);_vmtx.unlock();}void print(){for (auto& it : _vc){cout << it << endl;}}static void Destory(){new_mtx.lock();if (_sc){cout << "delete _sc" << endl;}new_mtx.unlock();delete _sc;}class De{public:~De(){Destory();}};SingleCase_lazy(const SingleCase_lazy& it) = delete;SingleCase_lazy& operator=(const SingleCase& it) = delete;
private:SingleCase_lazy(){}static mutex new_mtx;mutex _vmtx;vector<string> _vc;static SingleCase_lazy* _sc; //无法显示调用析构,我们通过内部类，调用
};
SingleCase_lazy* SingleCase_lazy::_sc = nullptr;
mutex SingleCase_lazy::new_mtx; // 静态函数的锁
SingleCase_lazy::De _de;

总结：设计一个单例对象，我们需要满足：1. 把数据放一个类中，把这个类设计成单例类。 2. 保持进程唯一，需要将拷贝，赋值都禁止。 3. 设计模式是饿汉，还是懒汉

C++11静态成员初始化多线程安全问题

class SingleInstance {
public:static SingleInstance* GetInstance() {// 局部静态变量实现的懒汉式单例，C++11后线程安全// 在C++11之前，不能保证多线程安全static SingleInstance instance;return &instance;}
private:SingleInstance();~SingleInstance();SingleInstance(const SingleInstance& signal) = delete;SingleInstance& operator=(const SingleInstance& signal) = delete;
};

二， C++类型转换

static_cast、reinterpret_cast、const_cast、dynamic_cast

 

C语言类型转换存在的问题

1. 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

2. 显式类型转换将所有情况混合在一起，代码不够清晰

1. static_cast（近似类型）

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

2. reinterpret_cast(不相关类型)

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 

int main()
{volatile const int i = 10;int* it = const_cast<int*>(&i);*it = 2;cout << i << endl;  // 10cout << *it << endl; // 2// i为什么没有被修改？答：i被编译器优化，i被10替换到寄存中，并没有在内存中获取//在C++中，volatile关键字用于告诉编译器该变量的值可能会在程序的控制之外被改变，//因此编译器不应该对该变量进行优化。这意味着每次访问该变量时，编译器都会从内存// 中读取最新的值，而不是使用之前缓存的值 （来自gpt的回答）return 0;
}

4. dynamic_cast（一般用于多态）

 

 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;
}

5. RTTI（了解）

1. typeid 运算符（获取类型）

2. dynamic_cast 运算符

3. decltype

结语

   本小节就到这里了，感谢小伙伴的浏览，如果有什么建议，欢迎在评论区评论，如果给小伙伴带来一些收获请留下你的小赞，你的点赞和关注将会成为博主创作的动力

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