一、设计一个不能被拷贝的类

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、C++98

将拷贝构造函数与赋值运算符重载只声明不定义，并且将其访问权限设置为私有即可。

class CopyBan
{// ...
private:CopyBan(const CopyBan&);CopyBan& operator=(const CopyBan&);//...
};

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。

2、C++11

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上=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;//...
};

二、设计一个只能在堆上创建对象的类

实现方式：

将类的构造函数私有，拷贝构造声明成私有。防止别人调用拷贝在栈上生成对象。
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

class HeapOnly
{
public:static HeapOnly* CreateObject(){return new HeapOnly;}
private:HeapOnly() {}// C++98// 1.只声明,不实现。因为实现可能会很麻烦，而你本身不需要// 2.声明成私有HeapOnly(const HeapOnly&);// or// C++11HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

三、设计一个只能在栈上创建对象的类

同上将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回即可。

class StackOnly
{
public:static StackOnly CreateObj(){return StackOnly();}// 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 obj = StackOnly::CreateObj();// StackOnly* ptr3 = new StackOnly(obj);void* operator new(size_t size) = delete;void operator delete(void* p) = delete;
private:StackOnly():_a(0){}
private:int _a;
};

不过这种方法无法控制 static 对象：

StackOnly st1 = StackOnly::CreateObj(1);
static StackOnly st2 = st1;

四、设计一个不能被继承的类

1、C++98

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(){}
};

2、C++11

final 关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。

class A final
{// ....
};

五、设计一个只能创建一个对象的类（单例模式）

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。

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。

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、懒汉模式。

1、饿汉模式

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：

优点：简单
缺点：可能会导致进程启动慢，且如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定。

class Singleton
{
public:static Singleton* GetInstance(){return &m_instance;}void Add(const string& str){_mtx.lock();_v.push_back(str);_mtx.unlock();}void Print(){_mtx.lock();for (auto& e : _v){cout << e << " ";cout << endl;}_mtx.unlock();}
private:// 构造函数私有Singleton() {};// C++98 防拷贝Singleton(Singleton const&);Singleton& operator=(Singleton const&);// or// C++11Singleton(Singleton const&) = delete;Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;private:vector<string> _v;mutex _mtx;static Singleton m_instance;
};
//这里是类的静态成员函数的定义部分，因此可以使用私有的构造函数，只有静态成员变量能这样用
Singleton Singleton::m_instance; // 在程序入口之前就完成单例对象的初始化int main()
{int n = 10;thread t1([n]() {for (size_t i = 0; i < n; ++i){Singleton::GetInstance()->Add("t1线程" + to_string(rand()));}});thread t2([n]() {for (size_t i = 0; i < n; ++i){Singleton::GetInstance()->Add("t2线程" + to_string(rand()));}});t1.join();t2.join();Singleton::GetInstance()->Print();return 0;
}

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。

2、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。

优点：第一次使用实例对象时，创建对象。进程启动无负载。多个单例实例启动顺序自由控制。
缺点：复杂。

class Singleton
{
public:static Singleton* GetInstance(){这种写法每一次调用函数都要加锁解锁，效率不高//_imtx.lock();//if (_ins == nullptr)//{//	_ins = new Singleton;//}//_imtx.unlock();//双检查加锁，只需要保护第一次申请空间即可if (_ins == nullptr){_imtx.lock();if (_ins == nullptr){_ins = new Singleton;}_imtx.unlock();}return _ins;}private:// 构造函数私有Singleton() {};// C++98 防拷贝Singleton(Singleton const&);Singleton& operator=(Singleton const&);// or// C++11Singleton(Singleton const&) = delete;Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;private:vector<string> _v;mutex _vmtx;static Singleton* _ins;static mutex _imtx;
};
//这里是类的静态成员函数的定义部分，因此可以使用私有的构造函数，只有静态成员变量能这样用
Singleton* Singleton::_ins = nullptr; // 在程序入口之前就完成单例对象的初始化
mutex Singleton::_imtx;

一般全局都要使用单例对象，所以单例对象一般不需要显示释放。如果有些特殊场景想要显示释放，则可以采用如下方式：

class Singleton
{
public://...static void DelInstance(){_imtx.lock();if (_ins){delete _ins;_ins = nullptr;}_imtx.unlock();}//单例对象回收class GC{public:~GC(){DelInstance();}};static GC _gc;//...
};
//...
Singleton::GC Singleton::_gc;

在C++11之后，由于局部静态变量是线程安全的，所以懒汉模式也可以这样写：

class Singleton
{
public:static Singleton* GetInstance(){static Singleton inst;return &inst;}void Add(const string& str){_vmtx.lock();_v.push_back(str);_vmtx.unlock();}void Print(){_vmtx.lock();for (auto& e : _v){cout << e << " ";cout << endl;}_vmtx.unlock();}
private:Singleton() {};Singleton(Singleton const&) = delete;Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;private:vector<string> _v;mutex _vmtx;
};