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特殊类设计和四种类型转换:
1. 特殊类设计
1.1 无法被拷贝的类
1.1.1 C++98的做法:
1.1.2 C++11的做法:
1.2 只能在堆上创建对象的类
1.3 只能在栈上创建对象的类
🍉1.3.1 实现一:
🥝1.3.2 实现二:
1.4 无法被继承的类
1.4.1 C++98的做法:
1.4.2 C++11的做法:
1.5 只能创建一个对象(单例模式)
🍍1.5.1 设计模式:
🍎1.5.2 单例模式:
🌈饿汉模式
🌈懒汉模式
2. 类型转换
2.1 C语言中的类型转换
2.2 C++中的类型转换
🌱2.2.1 static_cast
☘️ 2.2.2 reinterpret_cast
🍀2.2.3 const_cast
🌿2.2.4 dynamic_cast
2.3 为什么C++需要四种类型转换
2.4 RTTI
2.5 扩展
2.5.1 内置类型和自定义类型之间
2.5.2 自定义类型与自定义类型之间
2.6 建议
📖后言
1. 特殊类设计
1.1 无法被拷贝的类
🚀🚀拷贝只会放生在两个场景中: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。
1.1.1 C++98的做法:
- 将拷贝构造函数与赋值运算符重载只声明不定义。(防自己)
- 并且将其访问权限设置为私有即可。(防外面)
class CopyBan
{
// ...
CopyBan(const CopyBan&)=delete;
CopyBan& operator=(const CopyBan&)=delete;
//...
};
原因:
- 设置成私有:如果只声明没有设置成private,用户自己如果在类外定义了,就可以不能禁止拷贝了
- 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会防止成员函数内部拷贝了。
1.1.2 C++11的做法:
💢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=delete,表示让编译器删除掉该默认成员函数。
class CopyBan
{
// ...
CopyBan(const CopyBan&)=delete;
CopyBan& operator=(const CopyBan&)=delete;
//...
};
1.2 只能在堆上创建对象的类
实现方式如下:
思路1:
1. 将类的构造函数私有,拷贝构造声明成私有(可以直接delete掉)。防止别人调用拷贝在栈上生成对象。
注意:拷贝构造可以直接delete掉,但是构造函数不行!!因为我们还需要利用构造函数在堆上创建对象。
2. 提供一个静态的成员函数,在该静态成员函数中完成堆对象的创建。
注意:这里涉及到的是先有鸡还是先有蛋的问题,因为如果不去创建这个对象就没有办法去调用他的构造函数,但是没有调用构造函数就没有办法创建对象。所以这里必须通过静态成员函数的返回值去构造堆对象。
class HeapOnly
{
public:
//HeapOnly* CreatrObj()
static HeapOnly* CreateObject()//需要用静态的
{
return new HeapOnly;
}
private:
HeapOnly() {};
HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};
int main()
{
//HeapOnly H; //这个不行
HeapOnly* p = HeapOnly::CreateObject();
return 0;
}
思路2:
1、相比较于上一种思路把构造函数私有、拷贝构造delete,也可以选择将析构函数给设成私有。
析构函数设置成私有同样会导致对象无法在栈上进行创建。因为自定义类型在栈帧中销毁的时候会去自动调用他的析构函数,但是因为调不到所以会报错。
2、封装一个destory的成员函数,这样我们可以手动释放堆空间的资源。
在堆上创建对象是用指针去接受,所以并不影响,但是内存需要我们去手动释放,因此我们需要封装destory的成员函数去调用delete,这样delete可以对应调用到析构函数。 这里有两个方案:一种是设置能静态成员函数(类域调用),一种是设置成普通成员函数(对象自己调用)。
class HeapOnly
{
public:
//方案1
static void Destroy(HeapOnly* hp)
{
delete hp;
}
//方案2
void Destroy()
{
delete this;
}
private:
~HeapOnly() {};
};
int main()
{
//HeapOnly H; 调不到析构函数,无法创建
//静态成员函数释放
HeapOnly* hp1 = new HeapOnly;
HeapOnly::Destroy(hp1);
//HeapOnly hp(*hp1);
//普通成员函数释放
HeapOnly* hp2 = new HeapOnly;
hp2->Destroy(); //手动释放
return 0;
}
1.3 只能在栈上创建对象的类
💢new和delete是全局的运算符重载函数,因此我们只要将这两个给禁用掉,就不会在堆上创建对象。
🍉1.3.1 实现一:
class StackOnly
{
public:
static StackOnly CreateObj()
{
return StackOnly();
}
// 封死拷贝构造
//StackOnly(const StackOnly& s) = delete;
// 禁掉operator new
void* operator new(size_t size) = delete;
void operator delete(void* p) = delete;
private:
StackOnly()
:_a(0)
{}
private:
int _a;
};
int main()
{
// 1.由于构造私有化,无法直接构造
//static StackOnly s1;
//StackOnly s2;
//StackOnly* s3 = new StackOnly;
// 2.在栈上创建对象,如果封死拷贝构造,
//由于封死了拷贝构造,Creatrobj也无法调用,因此下面我们都不封拷贝构造
StackOnly s4 = StackOnly::CreateObj();
// 3. 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* s5 = new StackOnly(s4); //拷贝构造
// 4.由于拷贝构造没封,即使封死了operator new,也可以调用
static StackOnly s6(s4); // 静态区
return 0;
}
🥝1.3.2 实现二:
🚀由于仍然是没有严格的封死,因此我们还是得封拷贝构造, 但是导致上面之前得都走不通
但是因为我们这里实现了拷贝构造,那么这里就不会默认生成移动构造了,因此我们得写出移动构造
class StackOnly
{
public:
static StackOnly CreateObj()
{
return StackOnly();
}
// 封死拷贝构造
StackOnly(const StackOnly& s) = delete;
// 提供移动构造
StackOnly(StackOnly&& s)
{}
private:
StackOnly()
:_a(0)
{}
private:
int _a;
};
int main()
{
// 1.由于构造私有化,无法直接构造
//static StackOnly s1;
//StackOnly s2;
//StackOnly* s3 = new StackOnly;
// 2.拷贝构造封死,然后再调用移动构造,就可以彻底封死了
StackOnly s4 = StackOnly::CreateObj();
//StackOnly* s5 = new StackOnly(s4);
//static StackOnly s6(s4);
// 3.漏洞
static StackOnly s7(move(s4)); //移动构造
StackOnly* s8 = new StackOnly(move(s4));
return 0;
}
1.4 无法被继承的类
1.4.1 C++98的做法:
💢构造函数私有化,这样子类调用不到父类的构造函数,无法实现继承
// C++98中构造函数私有化,派生类中调不到基类的构造函数。则无法继承
class NonInherit
{
public:
static NonInherit GetInstance()
{
return NonInherit();
}
private:
NonInherit()
{}
};
1.4.2 C++11的做法:
💢直接用final关键字,可以使得该类无法被继承
class A final
{
// ....
};
1.5 只能创建一个对象(单例模式)
🍍1.5.1 设计模式:
🎈设计模式(Design Pattern)是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计经验的总结。为什么会产生设计模式这样的东西呢?就像人类历史发展会产生兵法。最开始部落之间打仗时都是人拼人的对砍。后来春秋战国时期,七国之间经常打仗,就发现打仗也 是有套路的,后来孙子就总结出了《孙子兵法》。孙子兵法也是类似。
🎈使用设计模式的目的:为了代码可重用性、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 设计模式使代码编写真正工程化;设计模式是软件工程的基石脉络,如同大厦的结构一样。
🍎1.5.2 单例模式:
☘️☘️一个类只能创建一个对象,即单例模式,该模式可以保证系统中该类只有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点,该实例被所有程序模块共享。比如在某个服务器程序中,该服务器的配置信息存放在一个文件中,这些配置数据由一个单例对象统一读取,然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息,这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。
单例模式有两种实现模式:
🌈饿汉模式
就是说不管你将来用不用,程序启动时就创建一个唯一的实例对象。
//main函数之前创建出来的就是饿汉
// 单例:全局只有唯一实例对象
///*——-------—————— 饿汉模式 ————————————*/
// 优点:简单
// 缺点:
// 1、多个饿汉模式的单例,某个对象初始化内容较多(读文件),会导致程序启动慢
// 2、A和B两个饿汉,对象初始化存在依赖关系,要求A先初始化,B再初始化,饿汉无法保证
class InfoMgr
{
public:
static InfoMgr& GetInstance()
{
return _ins;
}
void Print()
{
cout << _ip << endl;
cout << _port << endl;
cout << _buffSize << endl;
}
private:
InfoMgr(const InfoMgr&) = delete;
InfoMgr& operator=(const InfoMgr&) = delete;
InfoMgr()
{
cout << "InfoMgr()" << endl;
}
private:
string _ip = "127.0.0.1";
int _port = 80;
size_t _buffSize = 1024 * 1024;
//...
static InfoMgr _ins;
};
InfoMgr InfoMgr::_ins; // 在程序入口之前就完成单例对象的初始化
int main()
{
cout << endl;
InfoMgr::GetInstance().Print();
//InfoMgr copy(InfoMgr::GetInstance());
cout << endl;
InfoMgr::GetInstance().Print();
cout << endl;
cout << &InfoMgr::GetInstance() << endl;
cout << &InfoMgr::GetInstance() << endl;
return 0;
}
注:如果这个单例对象在多线程高并发环境下频繁使用,性能要求较高,那么显然使用饿汉模式来避免资源竞争,提高响应速度更好。
🌈懒汉模式
☘️☘️如果单例对象构造十分耗时或者占用很多资源,比如加载插件啊, 初始化网络连接啊,读取文件啊等等,而有可能该对象程序运行时不会用到,那么也要在程序一开始就进行初始化,就会导致程序启动时非常的缓慢。 所以这种情况使用懒汉模式(延迟加载)更好。
写法一:
class InfoMgr
{
public:
// 第一次调用时再去创建单例对象
// 线程安全的风险(暂时没学)
static InfoMgr& GetInstance()
{
if (_pins == nullptr) //第一次调用刚好是空
{
_pins = new InfoMgr;
}
return *_pins;
}
void Print()
{
cout << _ip << endl;
cout << _port << endl;
cout << _buffSize << endl;
}
static void DelInstance() //主动释放单例
{
delete _pins;
_pins = nullptr;
}
private:
InfoMgr(const InfoMgr&) = delete;
InfoMgr& operator=(const InfoMgr&) = delete;
InfoMgr()
{
cout << "InfoMgr()" << endl;
}
private:
string _ip = "127.0.0.1";
int _port = 80;
size_t _buffSize = 1024 * 1024;
//...
static InfoMgr* _pins;
};
InfoMgr* InfoMgr::_pins = nullptr; //设计为指针
写法二:
懒汉模式更简单的写法,C++11之后更加推荐
//懒汉模式更简单的写法,C++11之后更加推荐
class InfoMgr
{
public:
// 第一次调用时再去创建单例对象
// 线程安全的风险(暂时没学)
static InfoMgr& GetInstance()
{
//C++11之后才是这样
static InfoMgr ins; //创建一个局部的静态,因为局部的静态是在创建的时候初始化
return ins;
}
void Print()
{
cout << _ip << endl;
cout << _port << endl;
cout << _buffSize << endl;
}
private:
InfoMgr(const InfoMgr&) = delete;
InfoMgr& operator=(const InfoMgr&) = delete;
InfoMgr()
{
cout << "InfoMgr()" << endl;
}
private:
string _ip = "127.0.0.1";
int _port = 80;
size_t _buffSize = 1024 * 1024;
//...
static InfoMgr* _pins;
};
InfoMgr* InfoMgr::_pins = nullptr; //设计为指针
调用及结果示意:
int main()
{
cout << endl;
InfoMgr::GetInstance().Print();
cout << endl;
InfoMgr::GetInstance().Print();
cout << endl;
//查看多次调用时对象地址
cout << &InfoMgr::GetInstance() << endl;
cout << &InfoMgr::GetInstance() << endl;
return 0;
}
从饿汉与懒汉模式得打印结果我们可以发现,饿汉模式是先进行的全局然后再进行main函数,而懒汉模式是先进入main函数中才开始。
2. 类型转换
2.1 C语言中的类型转换
🚀🚀在C语言中,如果赋值运算符左右两侧类型不同,或者形参与实参类型不匹配,或者返回值类型与接收返回值类型不一致时,就需要发生类型转化,C语言中总共有两种形式的类型转换:隐式类型转换和显式类型转换。
- 隐式类型转化:编译器在编译阶段自动进行,能转就转,不能转就编译失败
- 显式类型转化:需要用户自己处理
/* ———————————— a. 内置类型——————————————————*/
//1、隐式类型转换 整形之间/整形和浮点数之间
//2、显示类型的转换 指针和整形、指针之间
int main()
{
int i = 1;
// 隐式类型转换
double d = i;
printf("%d, %.2f\n", i, d);
int* p = &i;
// 显示的强制类型转换
int address = (int)p;
printf("%p, %d\n", p, address);
return 0;
}
缺陷:转换的可视性比较差,所有的转换形式都是以一种相同形式书写,难以跟踪错误的转换
2.2 C++中的类型转换
标准C++为了加强类型转换的可视性,引入了四种命名的强制类型转换操作符
🌱2.2.1 static_cast
static_cast用于非多态类型的转换(静态转换),编译器隐式执行的任何类型转换都可用(相近类型用static_cast->意义相似的类型)
int main()
{
double d = 12.34;
int a = static_cast<int>(d);
cout << a << endl;
return 0;
}
☘️ 2.2.2 reinterpret_cast
reinterpret_cast操作符通常为操作数的位模式提供较低层次的重新解释,用于将一种类型转换为另一种不同的类型(一定的关联,但是意义不相似的的类型用reinterpret_cast )
int main()
{
double d = 12.34;
int a = static_cast<int>(d);
cout << a << endl;
// 这里使用static_cast会报错,应该使用reinterpret_cast
//int *p = static_cast<int*>(a);
int* p = reinterpret_cast<int*>(a);
return 0;
}
🍀2.2.3 const_cast
const_cast最常用的用途就是删除变量的const属性,方便做赋值操作(const_cast的类型必须是对象的指针或者引用)
int main()
{
// 对应强制类型转换中有风险的去掉const属性
//常变量
const int b = 2;
//int* p2 = (int*)&b; //上下两种方式效果等同
int* p2 = const_cast<int*>(&b);
*p2 = 3;
const int c = b; //在这里很明显可以看到 b 的具体值
// b 其实在内存中已经修改为3,比如在监视窗口下就是3,但是去读的时候已经变成常量2了
cout << b << " " << * p2 << " " << c << endl;
return 0;
}
思考:为什么*p被修改了,a却没有被修改??
因为常量被存到寄存器中了,所以其实改变的是内存中的a,但是不是寄存器中的a。这其实是一种优化,如果我们想要去掉这种优化,用volatile关键字(告诉编译器不要优化,直接从内存中读取)
volatile关键字
这里我们可以使用volatile 来打印我们希望的结果 3
当要求使用 volatile 声明的变量的值的时候,系统总是重新从它所在的内存读取数据, 即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存
int main()
{
// 我们可以使用volatile 来打印我们希望的结果 3
volatile const int b = 2;
//int* p2 = (int*)&b; //上下两种方式效果等同
int* p2 = const_cast<int*>(&b);
*p2 = 3;
const int c = b; //在这里很明显可以看到 b 的具体值
cout << b << " " << * p2 << " " << c << endl;
return 0;
}
🌿2.2.4 dynamic_cast
dynamic_cast用于将一个父类对象的指针/引用转换为子类对象的指针或引用(动态转换)
向上转型:子类对象指针/引用->父类指针/引用(不需要转换,赋值兼容规则)
向下转型:父类对象指针/引用->子类指针/引用(用dynamic_cast转型是安全的)
注意:
- dynamic_cast只能用于父类含有虚函数的类
- dynamic_cast会先检查是否能转换成功,能成功则转换,不能则返回nullptr。
举个例子🌰:
假如存在下面这样一个类和main函数:
class A
{
public:
virtual void f() {}
int _a = 1;
};
class B : public A
{
public:
int _b = 2;
};
void fun(* pa){}
int main()
{
A a;
B b;
fun(&a);
fun(&b);
return 0;
}
假如fun函数实现如下:
void fun(A* pa)
{
// 指向父类转换时有风险的,后续访问存在越界访问的风险
// 指向子类转换时安全
B* pb1 = (B*)pa;
cout << "pb1: " << pb1 << endl;
cout << "pb1->_a: " << pb1->_a << endl;
cout << "pb1->_b: " << pb1->_b << endl;
pb1->_a++;
pb1->_b++;
cout << "pb1->_a: " << pb1->_a << endl;
cout << "pb1->_b: " << pb1->_b << endl
}
因此我们就需要用到 dynamic_cast 来解决子类转换为 父类的问题
void fun(A* pa)
{
// dynamic_cast会先检查是否能转换成功(指向子类对象),能成功则转换,
// (指向父类对象)不能则返回NULL
B* pb1 = dynamic_cast<B*>(pa);
if (pb1) //先判断是否为空
{
cout << "pb1:" << pb1 << endl;
cout << "pb1->_a: " << pb1->_a << endl;
cout << "pb1->_b: " << pb1->_b << endl;
pb1->_a++;
pb1->_b++;
cout << "pb1->_a: " << pb1->_a << endl;
cout << "pb1->_b: " << pb1->_b << endl;
}
else
{
cout << "转换失败" << endl;
}
B* pb2 = static_cast<B*>(pa);
B* pb3 = dynamic_cast<B*>(pa);
cout << "pb2: " << pb2 << endl;
cout << "pb3: " << pb3 << endl;
}
课外知识点:
1、为什么父类和子类明明是两种类型,但是向上转型不需要转换呢??
因为子类会直接充当子类中父类那一部分的别名,不存在类型转换
2、为什么向下转型是不安全的??
因为子类的指针或引用如果是父类对象,那么会存在一部分的越界!!!
3、为什么 dynamic_cast只能用于父类含有虚函数的类
dynamic_cast转换是在运行时进行转换,因为只有对于这种类层次结构,才应该将派生类的地址赋给基类指针。运行时转换就需要知道类对象的信息(继承关系等)。C++对象模型中,对象实例最前面的就是虚函数表指针,通过这个指针可以获取到该类对象的所有虚函数,包括父类的。因为派生类会继承基类的虚函数表,所以通过这个虚函数表,我们就可以知道该类对象的父类,在转换的时候就可以用来判断对象有无继承关系。
所以虚函数对于正确的基类指针转换为子类指针是非常重要的。
4、dynamic_cast的使用原理
父类指针或引用如果本来指向的是子类的对象,那么类型转化是安全的,如果原本指向的是父类的对象,那么转化是不安全的(有越界,但是编译器检查不出来),所以dynamic_cast可以帮助我们去判断这种情况,如果不符合安全转化的条件,就会返回nullptr。
2.3 为什么C++需要四种类型转换
C风格的转换格式很简单,但是有不少缺点的:
- 隐式类型转化有些情况下可能会出问题:比如数据精度丢失
- 显式类型转换将所有情况混合在一起,代码不够清晰
- 为了提供更安全、更明确的类型转换,使得代码意图更为清晰
因此C++提出了自己的类型转化风格,注意因为C++要兼容C语言,所以C++中还可以使用C语言的转化风格。因此C++的转化风格并非强制性的,只不过是程序员之间的一种规范。
2.4 RTTI
RTTI:Run-time Type identification的简称,即:运行时类型识别。RTTI只适用于包含虚函数的类。
C++通过以下方式来支持RTTI:
- typeid运算符(返回指出对象类型的值)
- dynamic_cast运算符(根据虚基表判断有无继承关系,并判断是否可以转化)
- decltype(推断表达式返回值的类型)
2.5 扩展
2.5.1 内置类型和自定义类型之间
由于自定义类型无法像内置类型那样转换,因此我们要实现实现一个 operator int() 的函数来进行转换,详情请看下面代码及注解(注:explicit 可禁止隐式类型转换)
/* ———————————— b. 内置类型和自定义类型之间——————————————————*/
//1、自定义类型 = 内置类型 -> 构造函数支持 (单参数和多参数的隐式类型转换时通过构造函数来支持的)
// 2、内置类型 = 自定义类型 (自定义类型,转化为内置类型)
class A {
public:
//explicit A(int a) //禁止隐式类型转换
A(int a)
:_a1(a)
, _a2(a)
{}
A(int a1,int a2)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
//int operator()() 中()被仿函数占用了,不能用
// operator 类型实现,无返回类型
// 自定义类型转换为内置类型
//explicit operator int()
operator int()
{
return _a1 + _a2;
}
private:
int _a1 = 1;
int _a2 = 1;
};
int main()
{
//单参数的隐式类型转换
//在其对应的构造函数那加了explicit关键字,就不支持隐式类型转换
//A aa1 = 1; //单参数类型转换为自定义类型,靠构造函数转的
A aa1 = A(1);//但是还是支持转换
//多参数的隐式类型转换
A aa2 = { 2,2 };
const A& aa3 = { 2,2 };
//int z = aa1.operator int();//本质是这个
int x = aa1; //隐式类型转换
int y = (int)aa2; //显式类型转换
cout << x << " " << y << endl;
//智能指针的条件逻辑判断
std::shared_ptr<int> foo;
std::shared_ptr<int> bar(new int(34));
//if (foo.operator bool())
if (foo)
std::cout << "foo points to " << *foo << '\n';
else
std::cout << "foo is null\n";
if (bar)
std::cout << "bar points to " << *bar << '\n';
else
std::cout << "bar is null\n";
return 0;
}
2.5.2 自定义类型与自定义类型之间
/* ———————————— c. 自定义类型和自定义类型之间——————————————————*/
// c、自定义类型和自定义类型之间 -- 需要书写对应的构造函数支持
class A {
public:
A(int a)
:_a1(a)
, _a2(a)
{}
A(int a1, int a2)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
int get()const
{
return _a1 + _a2;
}
private:
int _a1 = 1;
int _a2 = 1;
};
class B
{
public:
B(int b)
:_b1(b)
{}
B(const A&aa)
:_b1(aa.get())
{}
private:
int _b1 = 1;
};
#include "List.h"
int main()
{
A aa1(1);
B bb1(1);
//aa1 = bb1;
bb1 = aa1;
B& ref1 = bb1;
//B& ref2 = aa1;
const B& ref2 = aa1;
qian::list<int> l1 = { 1,2,3,4 };
//权限的缩小? 权限的缩小和放大,仅限于const的指针和引用
// 不是权限缩小,这里是类型转换
qian::list<int>::const_iterator cit = l1.begin();
while (cit != l1.end())
{
cout << *cit << " ";
++cit;
}
cout << endl;
return 0;
}
注:
🔥我们是在该文章 C++/STL】list容器的深度剖析及底层实现-CSDN博客 的完整代码作为List.h文件下,加了这一段话到其头文件中
//支持const迭代器与普通迭代器的转换
ListIterator(const ListIterator<T, T&, T*>& it)
:_node(it._node)
{}
2.6 建议
🔥 强制类型转换关闭或挂起了正常的类型检查,每次使用强制类型转换前,程序员应该仔细考虑是否还有其他不同的方法达到同一目的,如果非强制类型转换不可,则应限制强制转换值的作用域,以减少发生错误的机会。强烈建议:避免使用强制类型转换
📖后言
以上就是特殊类设计及类型转换的全部类型啦💞 💞 💞那么本篇到此就结束,希望我的这篇博客可以给你提供有益的参考和启示,感谢大家支持!!!祝大家天天开心