如何定義一個只能在(堆/棧)上生成對象的類

前幾天C語言與C++面試知識總結(jié)這篇文章中，有總結(jié)定義一個只能在堆上（棧上）生成對象的類以及方法和原因，在里說一下具體實現(xiàn)

在C++中，類的對象建立分為兩種：

1. 一種是靜態(tài)建立，如A a；

• 靜態(tài)建立一個類對象，是由編譯器為對象在?？臻g中分配內(nèi)存，是通過直接移動棧頂指針，挪出適當?shù)目臻g，然后在這片內(nèi)存空間上調(diào)用構(gòu)造函數(shù)形成一個棧對象。使用這種方法，直接調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)。

2. 一種是動態(tài)建立，如A* ptr=new A；這兩種方式是有區(qū)別的。

• 動態(tài)建立類對象，是使用new運算符將對象建立在堆空間中。這個過程分為兩步，第一步是執(zhí)行operator new()函數(shù)，在堆空間中搜索合適的內(nèi)存并進行分配；第二步是調(diào)用構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造對象，初始化這片內(nèi)存空間。這種方法，間接調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)。

1 只能在堆上

方法：將析構(gòu)函數(shù)設(shè)置為私有

原因：C++ 是靜態(tài)綁定語言，編譯器管理棧上對象的生命周期，編譯器在為類對象分配?？臻g時，會先檢查類的析構(gòu)函數(shù)的訪問性。若析構(gòu)函數(shù)不可訪問，則不能在棧上創(chuàng)建對象。

思路：容易想到將構(gòu)造函數(shù)設(shè)為私有。在構(gòu)造函數(shù)私有之后，無法在類外部調(diào)用構(gòu)造函數(shù)來構(gòu)造類對象，只能使用new運算符來建立對象。然而，前面已經(jīng)說過，new運算符的執(zhí)行過程分為兩步，C++提供new運算符的重載，其實是只允許重載operator new()函數(shù)，而operator()函數(shù)用于分配內(nèi)存，無法提供構(gòu)造功能。因此，這種方法不可以。

當對象建立在棧上面時，是由編譯器分配內(nèi)存空間的，調(diào)用構(gòu)造函數(shù)來構(gòu)造棧對象。當對象使用完后，編譯器會調(diào)用析構(gòu)函數(shù)來釋放棧對象所占的空間。編譯器管理了對象的整個生命周期。如果編譯器無法調(diào)用類的析構(gòu)函數(shù)，情況會是怎樣的呢？比如，類的析構(gòu)函數(shù)是私有的，編譯器無法調(diào)用析構(gòu)函數(shù)來釋放內(nèi)存。所以，編譯器在為類對象分配棧空間時，會先檢查類的析構(gòu)函數(shù)的訪問性，其實不光是析構(gòu)函數(shù)，只要是非靜態(tài)的函數(shù)，編譯器都會進行檢查。如果類的析構(gòu)函數(shù)是私有的，則編譯器不會在棧空間上為類對象分配內(nèi)存。

將析構(gòu)函數(shù)設(shè)為私有，類對象就無法建立在棧上。

代碼：

#include<iostream>
using namespace std;

//只在棧上開辟 2020.05.22
class A
{
public:
    A(){}
    void destory()
	{
		delete this;
	}
private:
    ~A(){}
};

int main()
{

   A a;

  return 0;
}

提示析構(gòu)函數(shù)無法訪問。這樣就只能使用new操作符來建立對象，構(gòu)造函數(shù)是公有的，可以直接調(diào)用。類中必須提供一個destory函數(shù)，來進行內(nèi)存空間的釋放。類對象使用完成后，必須調(diào)用destory函數(shù)。

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，則析構(gòu)函數(shù)通常要設(shè)為virtual，然后在子類重寫，以實現(xiàn)多態(tài)。因此析構(gòu)函數(shù)不能設(shè)為private。還好C++提供了第三種訪問控制，protected。將析構(gòu)函數(shù)設(shè)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建立對象，卻使用destory函數(shù)釋放對象，而不是使用delete。（使用delete會報錯，因為delete對象的指針，會調(diào)用對象的析構(gòu)函數(shù)，而析構(gòu)函數(shù)類外不可訪問）這種使用方式比較怪異。為了統(tǒng)一，可以將構(gòu)造函數(shù)設(shè)為protected，然后提供一個public的static函數(shù)來完成構(gòu)造，這樣不使用new，而是使用一個函數(shù)來構(gòu)造，使用一個函數(shù)來析構(gòu)。代碼如下，類似于單例模式：

#include<iostream>
using namespace std;

//只在棧上開辟 2020.05.22
class A
{
protected:
	A(){}
	~A(){}
public:
	static A* create()
	{
		return new A();
	}
	void destory()
	{
		delete this;
	}
};


int main()
{
	A* ptr = A::create();
	ptr->destory();
	return 0;
}

這樣，調(diào)用create()函數(shù)在堆上創(chuàng)建類A對象，調(diào)用destory()函數(shù)釋放內(nèi)存。

2 只能在棧上

方法：將 new 和 delete 重載為私有

原因：在堆上生成對象，使用 new 關(guān)鍵詞操作，其過程分為兩階段：第一階段，使用 new 在堆上尋找可用內(nèi)存，分配給對象；第二階段，調(diào)用構(gòu)造函數(shù)生成對象。將 new 操作設(shè)置為私有，那么第一階段就無法完成，就不能夠在堆上生成對象。

思路：只有使用new運算符，對象才會建立在堆上，因此，只要禁用new運算符就可以實現(xiàn)類對象只能建立在棧上。將operator new()設(shè)為私有即可。

代碼：

class  A
{
private :
    void * operator  new ( size_t  t){}      // 注意函數(shù)的第一個參數(shù)和返回值都是固定的
    void  operator  delete ( void * ptr){}  // 重載了new就需要重載delete
public :
    A(){}
    ~A(){}
};

參考資料

https://www.nowcoder.com/questionTerminal/0a584aa13f804f3ea72b442a065a7618