如何定義一個只能在堆上(棧上)生成物件的類?
連結:https://www.nowcoder.com/questionTerminal/0a584aa13f804f3ea72b442a065a7618
在C++中,類的物件建立分為兩種,一種是靜態建立(建在棧上),如A a;另一種是動態建立(建在堆上),如A* ptr=new A;這兩種方式是有區別的。
靜態建立一個類物件,是由編譯器為物件在棧空間中分配記憶體,是通過直接移動棧頂指標,挪出適當的空間,然後在這片記憶體空間上呼叫建構函式形成一個棧物件。使用這種方法,直接呼叫類的建構函式。
動態建立類物件,是使用new運算子將物件建立在堆空間中。這個過程分為兩步,第一步是執行operator new()函式,在堆空間中搜索合適的記憶體並進行分配;第二步是呼叫建構函式
1、只能建立在堆上
類物件只能建立在堆上,就是不能靜態建立類物件,即不能直接呼叫類的建構函式。
容易想到將建構函式設為私有。在建構函式私有之後,無法在類外部呼叫建構函式來構造類物件,只能使用new運算子來建立物件。然而,前面已經說過,new運算子的執行過程分為兩步,C++提供new運算子的過載,其實是隻允許過載operator new()函式,而operator()函式用於分配記憶體,無法提供構造功能。因此,這種方法不可以。
當物件建立在棧上面時,是由編譯器分配記憶體空間的,呼叫建構函式來構造棧物件。當物件使用完後,編譯器會呼叫解構函式來釋放棧物件所佔的空間。編譯器管理了物件的整個生命週期。如果編譯器無法呼叫類的解構函式,情況會是怎樣的呢?比如,類的解構函式是私有的,編譯器無法呼叫解構函式來釋放記憶體。所以,編譯器在為類物件分配棧空間時,會先檢查類的解構函式的訪問性,其實不光是解構函式,只要是非靜態的函式,編譯器都會進行檢查。如果類的解構函式是私有的,則編譯器不會在棧空間上為類物件分配記憶體。
因此,將解構函式設為私有,類物件就無法建立在棧上了。程式碼如下:
[cpp]
- class A
- {
- public :
- A(){}
- void destory(){ delete this ;}
- private :
- ~A(){}
- };
試著使用A a;來建立物件,編譯報錯,提示解構函式無法訪問。這樣就只能使用new操作符來建立物件,建構函式是公有的,可以直接呼叫。類中必須提供一個destory函式,來進行記憶體空間的釋放。類物件使用完成後,必須呼叫destory函式。
上述方法的一個缺點就是,無法解決繼承問題。如果A作為其它類的基類,則解構函式通常要設為virtual,然後在子類重寫,以實現多型。因此解構函式不能設為private。還好C++提供了第三種訪問控制,protected。將解構函式設為protected可以有效解決這個問題,類外無法訪問protected成員,子類則可以訪問。
另一個問題是,類的使用很不方便,使用new建立物件,卻使用destory函式釋放物件,而不是使用delete。(使用delete會報錯,因為delete物件的指標,會呼叫物件的解構函式,而解構函式類外不可訪問)這種使用方式比較怪異。為了統一,可以將建構函式設為protected,然後提供一個public的static函式來完成構造,這樣不使用new,而是使用一個函式來構造,使用一個函式來析構。程式碼如下,類似於單例模式:
[cpp]
- class A
- {
- protected :
- A(){}
- ~A(){}
- public :
- static A* create()
- {
- return new A();
- }
- void destory()
- {
- delete this ;
- }
- };
這樣,呼叫create()函式在堆上建立類A物件,呼叫destory()函式釋放記憶體。
2、只能建立在棧上
只有使用new運算子,物件才會建立在堆上,因此,只要禁用new運算子就可以實現類物件只能建立在棧上。將operator new()設為私有即可。原因:在堆上生成物件,使用 new 關鍵詞操作,其過程分為兩階段:第一階段,使用 new 在堆上尋找可用記憶體,分配給物件;第二階段,呼叫建構函式生成物件。將 new 操作設定為私有,那麼第一階段就無法完成,就不能夠在堆上生成物件。程式碼如下:
[cpp]
- class A
- {
- private :
- void * operator new ( size_t t){} // 注意函式的第一個引數和返回值都是固定的
- void operator delete ( void * ptr){} // 過載了new就需要過載delete
- public :
- A(){}
- ~A(){}
- };