1 概述

昨天一個同學去網易面試C++研發，問到了這麼一個問題：如何限制一個類物件只在棧（堆）上分配空間？

一般情況下，編寫一個類，是可以在棧或者堆分配空間。但有些時候，你想編寫一個只能在棧或者只能在堆上面分配空間的類。這能不能實現呢？仔細想想，其實也是可以滴。

在C++中，類的物件建立分為兩種，一種是靜態建立，如A a；另一種是動態建立，如A* ptr=new A；這兩種方式是有區別的。

(1) 靜態建立類物件：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。

(2) 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構造物件，初始化這片記憶體空間。這種方法，間接呼叫類的建構函式。

那麼如何限制類物件只能在堆或者棧上建立呢？下面分別進行討論。

2 只能在堆上分配類物件

只能在堆上分配類物件，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 new()函式只用於分配記憶體，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：

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。
上述方法的缺點：

(1) 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。

(2) 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：

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。

3 只能在棧上分配類物件

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。雖然你不能影響new operator的能力（因為那是C++語言內建的），但是你可以利用一個事實：new operator 總是先呼叫 operator new,而後者我們是可以自行宣告重寫的。因此，將operator new()設為私有即可禁止物件被new在堆上。

程式碼如下：

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(){}
};

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