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如何限制对象只能建立在堆上或者栈上

阅读 : 171

         在C++中,类的对象建立分为两种,一种是静态建立,如A a;另一种是动态建立,如A* ptr=new A;这两种方式是有区别的。

        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。

        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。

        那么如何限制类对象只能在堆或者栈上建立呢?下面分别进行讨论。

1、只能建立在堆上

        类对象只能建立在堆上,就是不能静态建立类对象,即不能直接调用类的构造函数。

        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。

        因此,将析构函数设为私有,类对象就无法建立在栈上了。代码如下:

class A
{
public:
    A(){}
    void destory(){delete this;}
private:
    ~A(){}
};

        试着使用A a;来建立对象,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,类似于单例模式:

class A
{
protected:
    A(){}
    ~A(){}
public:
    static A* create()
    {
        return new A();
    }
    void destory()
    {
        delete this;
    }
};

        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、只能建立在栈上

        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。代码如下:

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(){}
};