如何定义一个只能在(堆/栈)上生成对象的类

 

前几天C语言与C++面试知识总结这篇文章中,有总结定义一个只能在堆上(栈上)生成对象的类以及方法和原因,在里说一下具体实现

在C++中,类的对象建立分为两种:

  1. 一种是静态建立,如A a;

  • 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。

  1. 一种是动态建立,如A* ptr=new A;这两种方式是有区别的。

  • 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。

1 只能在堆上

方法:将析构函数设置为私有

原因:C++ 是静态绑定语言,编译器管理栈上对象的生命周期,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。若析构函数不可访问,则不能在栈上创建对象。

思路: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,前面已经说过,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。

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。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。

将析构函数设为私有,类对象就无法建立在栈上。

代码

#include<iostream>
using namespace std;

//只在栈上开辟 2020.05.22
class A
{
public:
    A(){}
    void destory()
	{
		delete this;
	}
private:
    ~A(){}
};

int main()
{

   A a;

  return 0;
}

使用A a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。

上述方法的一个缺点就是,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。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,类似於单例模式:

#include<iostream>
using namespace std;

//只在栈上开辟 2020.05.22
class A
{
protected:
	A(){}
	~A(){}
public:
	static A* create()
	{
		return new A();
	}
	void destory()
	{
		delete this;
	}
};


int main()
{
	A* ptr = A::create();
	ptr->destory();
	return 0;
}

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。

2 只能在栈上

方法:将 new 和 delete 重载为私有

原因:在堆上生成对象,使用 new 关键词操作,其过程分为两阶段:第一阶段,使用 new 在堆上寻找可用内存,分配给对象;第二阶段,调用构造函数生成对象。将 new 操作设置为私有,那么第一阶段就无法完成,就不能够在堆上生成对象。

思路: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

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(){}
};

参考资料

https://www.nowcoder.com/questionTerminal/0a584aa13f804f3ea72b442a065a7618

最新原创推荐

十大经典排序算法(动态演示+代码)

C语言与C++面试知识总结

数据结构之堆栈

一文轻松理解内存对齐

一文轻松理解打印有效日志

一文读懂C语言与C++动态内存

面试中常见的C语言与C++区别的问题

数据结构之线性表

 

 

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章