C++【特殊类的设计】【单例设计模式】

特殊类的设计

1.不能被拷贝的类

在我们上一章的unique中就是让我们的对象不能被拷贝。
我们这里可以将赋值和拷贝构造都设置为私有属性。

class CopyBan
{
// ...
private:
	Copy(const Copy&);
	Copy& operator=(const Copy&);
//...
};

2.只能在堆上创建对象的类

#include <iostream>
class HeapOnly
{
    //将析构函数私有
private:
    ~HeapOnly()
    {}
private:
    int _a;
};
int main() {
    HeapOnly hp1;
    static HeapOnly hp2;
    HeapOnly* ptr =new HeapOnly;
    return 0;
}

正常定义的对象我们都需要调用析构函数，如果我们把析构函数设置成私有，那么我们的上面代码中的hp1,hp2都会报错，而我们的ptr因为没有调用析构函数，所以可以正常编译通过。
那么我们就需要手动释放ptr，也就是写成下面的写法

#include <iostream>
using namespace std;
class HeapOnly
{
public:
    static void Delete(HeapOnly* p)
    {
        delete p;
    }
    //将析构函数私有
private:
    ~HeapOnly()
    {
        cout<<"heapOnly"<<endl;
    }
private:
    int _a;
};
int main() {
//    HeapOnly hp1;
//    static HeapOnly hp2;
    HeapOnly* ptr =new HeapOnly;
    ptr->Delete(ptr);
    return 0;
}

或者将构造函数私有化，采用下面的写法

#include <iostream>
using namespace std;
class HeapOnly
{
public:
    //提供一个共有的，获取对象的方式，对象控制是new出来的
    static HeapOnly* CreateObject()
    {
        return new HeapOnly;
    }
private:
    HeapOnly()
        :_a(0)
    {}
private:
    int _a;
};
int main() {
//    HeapOnly hp1;
//    static HeapOnly hp2;
    HeapOnly* hp3 =HeapOnly::CreateObject();
    delete hp3;
    return 0;
}

但是我们还需要防止别人采用拷贝构造的方式在栈上开辟空间，这里我们还需要将拷贝构造和赋值设置成私有的。

#include <iostream>
using namespace std;
class HeapOnly
{
public:
    //提供一个共有的，获取对象的方式，对象控制是new出来的
    static HeapOnly* CreateObject()
    {
        return new HeapOnly;
    }
private:
    HeapOnly(const HeapOnly& hp)=delete;
    HeapOnly& operator=(const HeapOnly& hp)=delete;
    HeapOnly()
        :_a(0)
    {}
private:
    int _a;
};
int main() {
//    HeapOnly hp1;
//    static HeapOnly hp2;
    HeapOnly* hp3 =HeapOnly::CreateObject();
    //拷贝构造的空间在栈上
    HeapOnly copy(*hp3);
    delete hp3;
    return 0;
}

3.只能在栈上创建的类

#include <iostream>
using namespace std;
class StackOnly
{
public:
    static StackOnly CreateObj()
    {
        StackOnly st;
        return st;
    }
//    StackOnly(const StackOnly& hp)=delete;
//    StackOnly& operator=(const StackOnly& hp)=delete;
    void* operator new(size_t n)=delete;
private:
    StackOnly()
            :_a(0)
    {}
private:
    int _a;
};
int main() {
//    StackOnly hp1;
//    static StackOnly hp2;
    StackOnly hp3 =StackOnly::CreateObj();

    //拷贝构造
    //因为我们这里一定要传值返回，然后如果把传值返回给禁用了，我们这里上面的
    //正产的hp3也没有办法创建了。
    //所以这里的copy(hp3)没有办法禁用
    StackOnly copy2(hp3); //不好处理，小缺陷
//    StackOnly * copy3=new StackOnly(hp3);

    return 0;
}

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；设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一样。

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。

JAVA版本的单例模式

1.饿汉模式

饿汉模式–一开始（main函数之前）就创建出对象
可以使用下面这种生成一个静态的对象

//饿汉模式
class MemoryPool
{
public:

private:
    //构造函数私有化
    MemoryPool()
    {}
    char* _ptr= nullptr;

    //创建一个静态的自己的对象
    //因为静态的对象是存在静态区的，是属于所有类的
    static MemoryPool _inst;//声明
};
//定义，在类外进行构造
MemoryPool MemoryPool::_inst;

int main()
{
//    MemoryPool pool1;
    //MemoryPool pool2;
}

或者像下面这样采用指针的形式

#include <iostream>
using namespace std;
//饿汉模式
class MemoryPool
{
public:
    static MemoryPool*GetInstance()
    {
        return _pinst;
    }

    void* Alloc(size_t n)
    {
        void* ptr= nullptr;
        return  ptr;
    }

    void Dealloc(void*ptr)
    {}
private:
    //构造函数私有化
    MemoryPool()
    {}
    char* _ptr= nullptr;

    //创建一个静态的自己的对象
    //因为静态的对象是存在静态区的，是属于所有类的
    static MemoryPool* _pinst;//声明
};
//定义，在类外进行构造
MemoryPool* MemoryPool::_pinst=new MemoryPool;

int main()
{
//    MemoryPool pool1;
    //MemoryPool pool2;
    void* ptr1=MemoryPool::GetInstance()->Alloc(10);
    MemoryPool::GetInstance()->Dealloc(ptr1);
}

饿汉模式：
优点：简单，没有线程安全问题（因为它在main函数之前就执行了，不存在竞争的问题）。
缺点：1、一个程序中，有多个单例，并且有先后创建初始化顺序要求时，饿汉无法控制
（比方说A先创建，然后B在创建，这样是没有办法做到的，因为它们都是静态成员，我们是没有办法确定的。同一个文件中可能谁在前，谁先初始化，但是如果是在多个文件中就不好控制了）
2、饿汉单例模式，初始化任务多的时候，会影响程序的启动速度。因为我们上面的单例的初始化是在main函数之前就创建的。

2.饿汉模式

懒汉模式：第一次使用对象再创建实例对象。

#include <iostream>
using namespace std;
//饿汉模式
class MemoryPool
{
public:
    static MemoryPool*GetInstance()
    {
        if(_pinst== nullptr)
        {
            _pinst=new MemoryPool;
        }
        return _pinst;
    }

    void* Alloc(size_t n)
    {
        void* ptr= nullptr;
        return  ptr;
    }

    void Dealloc(void*ptr)
    {}
private:
    //构造函数私有化
    MemoryPool()
    {}
    char* _ptr= nullptr;

    //创建一个静态的自己的对象
    //因为静态的对象是存在静态区的，是属于所有类的
    static MemoryPool* _pinst;//声明
};
//定义，在类外进行构造
MemoryPool* MemoryPool::_pinst=nullptr;

int main()
{
//    MemoryPool pool1;
    //MemoryPool pool2;
    void* ptr1=MemoryPool::GetInstance()->Alloc(10);
    MemoryPool::GetInstance()->Dealloc(ptr1);
}

优点
1、控制顺序
2、不影响启动速度
缺点：
1、相对复杂（线程安全问题）
2、线程安全问题要处理好

3.单例对象的释放问题

1、一般情况下，单例对象不需要释放。一般整个程序运行期间都可能会用到。
2、单例对象在进程正常结束之后也会资源释放
3、有些特殊的场景需要释放，比如单例对象析构时，要进行一些持久化（往文件，数据库写）操作。

我们可以通过定义一个内嵌类型的垃圾回收器来释放我们的空间

#include <iostream>
using namespace std;
//饿汉模式
class MemoryPool
{
public:
    static MemoryPool*GetInstance()
    {
        if(_pinst== nullptr)
        {
            _pinst=new MemoryPool;
        }
        return _pinst;
    }

    void* Alloc(size_t n)
    {
        void* ptr= nullptr;
        return  ptr;
    }

    void Dealloc(void*ptr)
    {}

    // 实现一个内嵌垃圾回收类
    class CGarbo {
    public:
        ~CGarbo()
        {
            if (_pinst)
                delete _pinst;
        }
    };
private:
    //构造函数私有化
    MemoryPool()
    {}
    char* _ptr= nullptr;

    //创建一个静态的自己的对象
    //因为静态的对象是存在静态区的，是属于所有类的
    static MemoryPool* _pinst;//声明
};
//定义，在类外进行构造
MemoryPool* MemoryPool::_pinst=nullptr;
//定义一个静态的全局的回收对象
//在main函数结束之后，它会调用析构函数，就会释放单例对象。
static MemoryPool::CGarbo gc;
int main()
{
//    MemoryPool pool1;
    //MemoryPool pool2;
    void* ptr1=MemoryPool::GetInstance()->Alloc(10);
    MemoryPool::GetInstance()->Dealloc(ptr1);
}