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只能生成栈对象和只能生成堆对象

热度:65   发布时间:2023-09-30 09:19:44.0

new/delete的工作机制:

?使用new表达式时发生的三个步骤:
1.调用名为operator new的标准库函数,分配足够大的原始的未类型化的内存,以保存指定类型的一个对象
2.运行该类型的一个构造函数去初始化对象
3.返回指向新分配并构造的构造函数对象的指针
?使用delete表达式时,发生的步骤:
1.调用对象的析构函数
2.调用名为operator delete的标准库函数释放该对象所用的内存



 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。

class A{
public:A(){}void destroy(){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 destroy(){delete this;}
};


2.只能生成栈对象:

在堆上生成对象,使用new关键词操作,其过程分为两阶段:第一阶段,使用new在堆上寻找可用内存,分配给对象;第二阶段,调用构造函数生成对象。
将new操作设置为私有,那么第一阶段就无法完成,就不能够再堆上生成对象

class A{
public:A(){}~A(){}
private:void *operator new(size_t t){} //第一个参数和返回值都是固定的void *operator delete(void *ptr){} //重载new就必须重载delete
};







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