常見的特殊類的設(shè)計(jì)

1.請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)類，不能被拷貝

拷貝只會發(fā)生在兩個(gè)場景中：拷貝構(gòu)造函數(shù)以及賦值運(yùn)算符重載，因此想要讓一個(gè)類禁止拷貝，只需要讓該類不能調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)以及賦值運(yùn)算符重載即可。

C++98寫法：

將拷貝構(gòu)造函數(shù)與賦值運(yùn)算符重載只聲明不定義，并且將其訪問權(quán)限設(shè)置為私有即可。

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

原因：1.設(shè)置成私有：如果只聲明沒有設(shè)置成private，用戶自己如果在類外定義了，就不能禁止拷貝了。

2.只聲明不定義：不定義是因?yàn)樵摵瘮?shù)根本不會調(diào)用，定義了其實(shí)也沒有什么意義，不寫反而還簡單，而且如果定義了就不會防止成員函數(shù)內(nèi)部拷貝了。

C++11寫法：

C++11擴(kuò)展delete的用法，delete除了釋放new申請的資源外，如果在默認(rèn)成員函數(shù)后面跟上=delete，表示讓編譯器刪除掉該默認(rèn)成員函數(shù)。

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

2.請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)類，只能在堆上創(chuàng)建對象

實(shí)現(xiàn)方式：

1.將類的構(gòu)造函數(shù)設(shè)置為私有，拷貝構(gòu)造聲明成私有。防止別人調(diào)用拷貝在棧上生成對象。

2.提供一個(gè)靜態(tài)的成員函數(shù)，在該靜態(tài)成員函數(shù)中完成堆對象的創(chuàng)建。

class HeapOnly
{
public:
	static HeapOnly* CreateHeapObj()
	{
		return new HeapOnly;
	}
private:
	HeapOnly()
	{ }

	//C++98方式
	//1.只聲明，不實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)可能會很麻煩，而你本身并不需要
	//2.聲明成私有
	HeapOnly& operator=(const HeapOnly&);

	//C++11方式
	HeapOnly& operator=(const HeapOnly&) = delete;
};

3.請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)類，只能在棧上創(chuàng)建對象

方法：同上述將構(gòu)造函數(shù)私有化，然后設(shè)計(jì)靜態(tài)方法創(chuàng)建對象返回即可。

class StackOnly
{
public:
	static StackOnly CreateStackObj()
	{
		return StackOnly();
	}

	//禁掉operator new可以把下面用new 調(diào)用拷貝構(gòu)造申請對象給禁掉
	//StackOnly obj = StackOnly::CreateStackObj();
	//StackOnly* ptr = new StackOnly(obj);
	void* operator new(size_t size) = delete;
	void operator delete(void* p) = delete;

private:
	StackOnly()
		:_a(0)
	{ }

	int _a;
};

4. 請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)類，不能被繼承

C++98方式：把類的構(gòu)造函數(shù)私有化，派生類調(diào)不到基類的構(gòu)造函數(shù)就無法繼承。

C++98中構(gòu)造函數(shù)私有化，派生類中調(diào)不到基類的構(gòu)造函數(shù)，則無法繼承
class NonInherit
{
public:
	static NonInherit GetInstance()
	{
		return NonInherit();
	}
private:
	NonInherit()
	{ }
};

C++11方法：final關(guān)鍵字，final修飾類，表示該類不能被繼承。ps(final還能修飾虛函數(shù)，表示該虛函數(shù)不能被重寫。)

final 關(guān)鍵字：final修飾類，表示該類不能被繼承。
class A final
{
	//..
};

5.請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)類，只能創(chuàng)建一個(gè)對象（單例模式）

設(shè)計(jì)模式：

設(shè)計(jì)模式（Design Pattern）是一套被反復(fù)使用、多數(shù)人知曉的、經(jīng)過分類的、代碼設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。為什么會產(chǎn)生設(shè)計(jì)模式這樣的東西呢？就像人類歷史發(fā)展會產(chǎn)生兵法。最開始部落之間打仗時(shí)都是人拼人的對砍。后來春秋戰(zhàn)國時(shí)期，七國之間經(jīng)常打仗，就發(fā)現(xiàn)打仗也是有套路的，后來孫子就總結(jié)出了《孫子兵法》。孫子兵法也是類似。

使用設(shè)計(jì)模式的目的：為了代碼可重用性、讓代碼更容易被他人理解、保證代碼可靠性。設(shè)計(jì)模式使代碼編寫真正工程化；設(shè)計(jì)模式是軟件工程的基石脈絡(luò)，如同大廈的結(jié)構(gòu)一樣。

單例模式：

一個(gè)類只能創(chuàng)建一個(gè)對象，即單例模式。該模式可以保證系統(tǒng)中該類只有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)訪問它的全局訪問點(diǎn)，該實(shí)例被所有程序模塊共享。比如：在某個(gè)服務(wù)器程序中，該服務(wù)器的配置信息存放在一個(gè)文件中，這些配置數(shù)據(jù)由一個(gè)單例對象統(tǒng)一讀取，然后服務(wù)進(jìn)程中的其他對象再通過這個(gè)單例對象獲取這些配置信息，這種方式簡化了在復(fù)雜環(huán)境下的配置管理。

單例模式有兩種實(shí)現(xiàn)模式：

1.餓漢模式：

（一開始（main函數(shù)之前）就創(chuàng)建單例對象）

就是說不管你將來用還是不用，程序啟動時(shí)就會創(chuàng)建一個(gè)唯一的實(shí)例對象。

餓漢模式
優(yōu)點(diǎn)：簡單
缺點(diǎn)：可能會導(dǎo)致進(jìn)程啟動慢，且如果有多個(gè)單例類對象實(shí)例啟動順序不確定。
class Singleton
{
public:
	static Singleton* GetInstance()
	{
		return &m_instance;
	}
private:
	//構(gòu)造函數(shù)私有化
	Singleton(){}
	
	//C++98防止拷貝
	Singleton(const Singleton&);
	Singleton& operator=(const Singleton&);

	//or

	//C++11
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

	static Singleton m_instance;
};

Singleton Singleton::m_instance;//在程序入口之前就完成單例對象的初始化

但是如果這個(gè)單例對象再多線程高并發(fā)環(huán)境下頻繁使用，性能要求比較高，那么顯然使用餓漢模式來避免資源競爭，提高響應(yīng)速度更好。

2.懶漢模式：

如果單例對象構(gòu)造十分耗時(shí)或者占用很多資源，比如加載插件啦，初始化網(wǎng)絡(luò)連接啦，讀取文件啦等等，而有可能該對象程序運(yùn)行時(shí)不會用到，那么也要在程序一開始就進(jìn)行初始化，就會導(dǎo)致程序啟動時(shí)非常的緩慢。所以這種情況就使用懶漢模式（延遲加載）更好。

懶漢模式也會有線程安全問題，在第一次初始化的時(shí)候要加鎖。

class Singleton
{
public:
	static Singleton* GetInstance()
	{
		注意這里一定要使用Double-Check的方式加鎖，才能保證效率和線程安全
		if (nullptr == m_pInstance)
		{
			m_mtx.lock();//or--- unique_lock<mutex> lock(m_mtx);
			if (nullptr == m_pInstance)
			{
				m_pInstance = new Singleton();
			}
			m_mtx.unlock();
		}
	}

	//實(shí)現(xiàn)一個(gè)內(nèi)嵌的垃圾回收類
	class CGarbo
	{
	public:
		~CGarbo()
		{
			if (Singleton::m_pInstance)
				delete Singleton::m_pInstance;
		}
	};
	//定義一個(gè)靜態(tài)成員變量，程序結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)自動調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)從而釋放單例對象
	static CGarbo Garbo;
    main函數(shù)結(jié)束，調(diào)用它的析構(gòu)，從而釋放單例對象

private:
	//構(gòu)造函數(shù)私有化
	Singleton(){}

	//防止拷貝
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

	static Singleton* m_pInstance;//單例對象指針
	static std::mutex m_mtx;	//互斥鎖
};

Singleton* Singleton::m_pInstance = nullptr;
Singleton::CGarbo Garbo;
std::mutex Singleton::m_mtx;

C++11中創(chuàng)建單例（懶漢模式）最簡單的方法

class Singleton
{
public:
    局部的靜態(tài)對象，是在第一次調(diào)用時(shí)初始化
	static Singleton& GetInstance()
	{
		static Singleton inst;
		return inst;
	}
private:
	Singleton()
	{
		std::cout << "Singleton" << std::endl;
	}
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

};

C++11之前，這個(gè)代碼是不安全的，編譯器不支持。

C++11之后，可以保證局部靜態(tài)對象的初始化是線程安全的，只初始化一次。（C++11之后這個(gè)操作變成原子的了。）

C++中的類型轉(zhuǎn)換

1.C語言中的類型轉(zhuǎn)換

在C語言中，如果賦值運(yùn)算符左右兩側(cè)類型不同，或者形參與實(shí)參類型不匹配，或者返回值類型與接收返回值類型不一致時(shí)，就需要發(fā)生類型轉(zhuǎn)換，C語言中總共有兩種形式的類型轉(zhuǎn)換：隱式類型轉(zhuǎn)換和顯式類型轉(zhuǎn)換。

1.隱式類型轉(zhuǎn)換：編譯器在編譯階段自動進(jìn)行，能轉(zhuǎn)就轉(zhuǎn)，不能轉(zhuǎn)就編譯失敗。

2.顯式類型轉(zhuǎn)換：需要用戶自己處理。

void Test()
{
	int i = 1;
	//隱式類型轉(zhuǎn)換
	double d = i;
	printf("%d,%.2lf\n", i, d);

	int* p = &i;
	//顯式類型轉(zhuǎn)換
	int address = (int)p;
	printf("%x,%d\n", p, address);
}

缺陷：轉(zhuǎn)換的可視性比較差，所有的轉(zhuǎn)換形式都是以一種相同形式書寫，難以跟蹤錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)換。

2.為什么C++需要四種類型轉(zhuǎn)換

C風(fēng)格的轉(zhuǎn)換形式很簡單，但是有不少缺點(diǎn)：

1.隱式類型轉(zhuǎn)換有些情況下可能會出問題：比如說數(shù)據(jù)精度的丟失。

2.顯式類型轉(zhuǎn)換將所有情況混合在一起，代碼不夠清晰。

因此C++提出了自己的類型轉(zhuǎn)換的風(fēng)格，注意C++要兼容C語言，所以在C++中還是可以使用C語言那一套的類型轉(zhuǎn)換。

3.C++強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換

標(biāo)準(zhǔn)C++為了加強(qiáng)類型轉(zhuǎn)換的可視性，引入了四種命名的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換操作符：

static_cast , reinterpret_cast  , const_cast  , dynamic_cast

3.1 stacit_cast

static_cast用于非多態(tài)類型的轉(zhuǎn)換（靜態(tài)轉(zhuǎn)換），編譯器隱式執(zhí)行的任何類型轉(zhuǎn)換都可用static_cast，但它不能用于兩個(gè)不相關(guān)的類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（用于兩個(gè)相關(guān)類型/相近類型之間，C里的隱式類型轉(zhuǎn)換都可用這個(gè)static_cast強(qiáng)轉(zhuǎn)。）

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

3.2 reinterpret_cast

reinterpret_cast操作符通常為操作數(shù)的位模式提供較低層次的重新解釋，用于將一種類型轉(zhuǎn)換為另一種不同的類型。（可用于兩個(gè)不相關(guān)類型之間進(jìn)行強(qiáng)轉(zhuǎn)。）

int main()
{
	double d = 12.34;
	int a = static_cast<int>(d);
	std::cout << a << std::endl;
	
	這里使用static_cast會報(bào)錯(cuò)，應(yīng)該使用reinterpret
	//int* p = static_cast<int*>(a);
	int* p = reinterpret_cast<int*>(a);

	return 0;
}

3.3 const_cast

const_cast最常用的用途就是刪除變量的const屬性，方便賦值。（去掉const屬性。）

int main()
{
	const int a = 2;
	int* p = const_cast<int*>(&a);
	*p = 3;
	std::cout << a << std::endl;

	return 0;
}

3.4 dynamic_cast

dynamic_cast用于將一個(gè)父類對象的指針/引用轉(zhuǎn)換為子類對象的指針或引用（動態(tài)轉(zhuǎn)換）。

向上轉(zhuǎn)型：子類對象指針/引用 ->父類指針/引用（不需要轉(zhuǎn)換，賦值兼容規(guī)則）。

向下轉(zhuǎn)型：父類對象指針/引用->子類指針/引用（用dynamic_cast轉(zhuǎn)型是安全的）。

注意：

1.dynamic_cast只能用于父類含有虛函數(shù)的類。

2.dynamic_cast會先檢查是否能轉(zhuǎn)換成功，能成功則轉(zhuǎn)換，不能則返回0。

Base* b = new Derived();  b實(shí)際上指向Derived對象

 情況1：成功轉(zhuǎn)換
Derived* d1 = dynamic_cast<Derived*>(b);  
 成功：b實(shí)際指向Derived對象，d1是有效的Derived指針

 情況2：轉(zhuǎn)換失敗
Base* b2 = new Base();  // b2指向純Base對象
Derived* d2 = dynamic_cast<Derived*>(b2);
 失?。篵2不是Derived對象，d2 == nullptr

class A
{
public:
	virtual void f(){}
};

class B :public A
{};

void fun(A* pa)
{
	//dynamic_cast會先檢查是否能成功轉(zhuǎn)換成功，能成功則轉(zhuǎn)換，不能則返回
	B* pb1 = static_cast<B*>(pa);
	B* pb2 = dynamic_cast<B*>(pa);

	std::cout << "pb1:" << pb1 << std::endl;
	std::cout << "pb2:" << pb2 << std::endl;
}

int main()
{
	A a;
	B b;
	fun(&a);
	fun(&b);
	return 0;
}

注意：

強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換關(guān)閉或掛起了正常的類型檢查，每次使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換前，程序員應(yīng)該仔細(xì)考慮是否還有其他不同的方法達(dá)到同一目的，如果非強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換不可，則應(yīng)限制強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換值的作用域，以減少發(fā)生錯(cuò)誤的機(jī)會。強(qiáng)烈建議：避免使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。

4.RTTI（了解）

RTTI:Run-time Type identification的簡稱，即：運(yùn)行時(shí)類型識別。

C++通過一下方式來支持RTTI：

1.typeid運(yùn)算符。

2.dynamic_cast運(yùn)算符。

3.decltype。

5.常見面試題

1.C++中的四種類型轉(zhuǎn)換分別是：static_cast，reinterpret_cast，const_cast，dynamic_cast。

2.說說四種類型轉(zhuǎn)換的應(yīng)用場景。

static_cast適用于兩種類型相近的強(qiáng)制轉(zhuǎn)化，dynamic_cast適用于多態(tài)類型的向下轉(zhuǎn)換（安全檢查）（向上轉(zhuǎn)換本來就是安全的）。cosnt_cast適用于刪除變量的const屬性。reinterpret_cast適用于任意類型之間的轉(zhuǎn)換（危險(xiǎn)）。

總結(jié) 

到此這篇關(guān)于C++特殊類設(shè)計(jì)與類型轉(zhuǎn)換的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++特殊類設(shè)計(jì)與類型轉(zhuǎn)換內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！