【C++】特殊类设计 — 不能被拷贝的类 ， 只能在堆/栈上创建对象的类 ，不能被继承的类

2024-08-15 14:31:40 浏览数 (2)

1 特殊类

在实践中，常常会有一些比较有意思的特殊场景：

  1. 不能被拷贝的类 - 独一无二的魔法宝物： 在一个角色扮演游戏（RPG）。在这个游戏中，玩家可以通过工匠进行装备的拷贝，但是有一件神秘的魔法宝物，被称为“永恒之心”，它拥有赋予持有者永生的力量 ，是独一无二的，因此它不能被复制或克隆。 每当玩家尝试复制“永恒之心”时，游戏会抛出一个错误：“魔法宝物独一无二，无法复制！”。这确保了游戏中只有一个“永恒之心”，增加了它的神秘感和价值。
  2. 只能在堆上创建对象的类 - 豪华游艇 有一个豪华游艇模拟器。在这个模拟器中，游艇是一个复杂且昂贵的对象，它需要在堆上动态分配资源，比如内存来存储游艇的详细规格和状态。 每当玩家想要创建一艘新的游艇时，他们必须通过“造船厂”接口来请求，这实际上是在堆上分配了一个新的游艇对象。
  3. 只能在栈上创建对象的类 - 一次性密码 你正在为银行的安全系统编写代码。为了防止密码被复制或存储在不可靠的地方，你设计了一个“一次性密码”类，它只能在栈上创建，并在使用后立即销毁。 当用户进行一次交易时，系统会生成一个一次性密码，一旦交易完成，密码就会“消失”，保证了密码的安全性。 … 在这些特殊场景中，我们需要按照需求设计是特殊类！

2 不能被拷贝的类

拷贝只会发生在两个场景中：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 在C 98中我们会将拷贝构造函数和赋值重载函数进行私有化，这样外部就调用不到他们了！

代码语言：javascript复制
class A
{
	A()
	{}
	~A()
	{}
private:
	A(const A& a)
	{
	}
	A& operator=(const A& a)
	{
	}
private:
	int _a1;
};
  1. 必须设置成私有：如果只声明没有设置成private，如果在类外定义拷贝构造和赋值重载，就不能禁止拷贝了！
  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能防止成员函数内部拷贝了！

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。

代码语言：javascript复制
class A
{
	A()
	{}
	~A()
	{}

	A(const A& a) = delete;
	A& operator=(const A& a) = delete;

private:
	int _a1;
};

这样就轻松的解决了问题！

3 只能在堆上创建对象的类

使用使用的类，就不能让用户，可以显式调用到构造函数，不然就在栈区创建了对象！我们需要写出一个接口，让用户可以获取到堆上的对象地址！这样就涉及到了先有鸡先有蛋的问题了，所以我们要将这个接口设置成静态成员函数，才能正常调用！

代码语言：javascript复制
class HeapOnly
{
public:
	static HeapOnly* CreateObj()
	{
		return new HeapOnly;
	}
private:
	HeapOnly()
	{
	}
	HeapOnly(const HeapOnly& h) = delete;
	HeapOnly& operator=(const HeapOnly& a) = delete;
private:
	int _a1;
};

注意：除了处理构造函数，还要处理拷贝构造和赋值拷贝函数。因为拷贝的对象也是在栈上的！必须把所有可能的方法都要封死！

这样一个只能在堆上创建对象的类就写好了！

还有一个十分新奇的写法：将析构函数私有化！这样在栈上创建对象就会报错，迫使用户只能在堆上构造对象！我们可以通过一个显式的release方法来释放空间，来完善在堆上创建对象的操作！

4 只能在栈上创建对象的类

同上将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回.注意为了防止在堆上创建对象，我们需要将new delete操作符重载函数进行删除！这样就将在堆上创建彻底封死了！

代码语言：javascript复制
class StackOnly
{
public:
	static StackOnly CreateObj()
	{
		return StackOnly();
	}
	// 禁掉operator new可以把下面用new 调用拷贝构造申请对象给禁掉
	// StackOnly obj = StackOnly::CreateObj();
	// StackOnly* ptr3 = new StackOnly(obj);
	void* operator new(size_t size) = delete;
	void operator delete(void* p) = delete;
private:
	StackOnly()
		:_a(0)
	{}
private:
	int _a;
};

5 不能被继承的类

回顾一下继承的知识：从零开始认识继承

不能被继承的类很简单！C 98是将构造函数进行私有化，在C 11之后直接使用final关键字就可以了！

代码语言：javascript复制
class A final
{
	// ....
};

总结

C 的世界里，一些特别的类真是挺有讲究的。就像游戏里的独门魔法宝物，模拟豪华游艇的细节，还有银行系统里那些用完就丢的密码，每一个都是针对特定情况精心设计的。那些不能复制的类，就像是在说“我是特别的，不能随便复制”；只能在堆上或者栈上创建对象的类，就像是给内存管理上了把锁，保证了东西放在该放的地方；而不让继承的类，就像是定了规矩，让功能保持原汁原味。

这些设计不仅展示了C 的强大，也让我们看到程序员先辈们是如何巧妙地解决难题的。通过这几个特殊的类，我们的代码能力肯定有许多长进，C 的学习过程也变得更加丰富多彩了！

函数 继承 设计 c++ 对象

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