如何让类对象只在栈(堆)上分配空间?

c/c++

浏览数:223

2019-3-28

AD:资源代下载服务

转载于: http://blog.csdn.net/hxz_qlh/…
如遇侵权,麻烦联系删除

昨天一个同学去网易面试C++研发,问到了这么一个问题:如何限制一个类对象只在栈(堆)上分配空间?

一般情况下,编写一个类,是可以在栈或者堆分配空间。但有些时候,你想编写一个只能在栈或者只能在堆上面分配空间的类。这能不能实现呢?仔细想想,其实也是可以滴。

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。

只能在堆上分配类对象

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 new()函数只用于分配内存,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。

上述方法的缺点:

一、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。

二、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publicstatic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。

只能在栈上分配类对象

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
虽然你不能影响new operator的能力(因为那是C++语言内建的),但是你可以利用一个事实:new operator 总是先调用 operator new,而后者我们是可以自行声明重写的。

因此,将operator new()设为私有即可禁止对象被new在堆上。

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(){}  
};