MoreEffectiveC++Item35 条款26: 限制某个class所能产生的对象个数

一允许零个或一个对象

我们知道每当即将产生一个对象,我们有一个constructor被调用,那么我们现在想组织某个对象的产生,最简单的方法就是将其构造函数声明成private(这样做同事防止了这个类被继承)

class PrintJob;
class Printer {
public:
    void submitJob(const PrintJob& job);
    void reset();
    void performSelfTest();
    ...
    friend Printer& thePrinter();
private:
    Printer();
    Printer(const Printer& rhs);
    ...
};
Printer& thePrinter(){
    static Printer p; 
    return p;
}

当要使用Printer对象时,就调用thePrinter,它返回Printer的引用且保证只产生一个Printer对象,除了将thePrinter声明为friend,还可以使它成为Printer类的static成员,像这样:

class Printer {
public:
    static Printer& thePrinter();
    ...
private:
    Printer();
    Printer(const Printer& rhs);
    ...
};
Printer& Printer::thePrinter(){
    static Printer p;
    return p;
}

看到这里我们可能会想到,创建一个类,然后类中声明一个static Printer对象,用一个函数返回它也可以呀,答案是不行

缺点1:class中包含一个static对象,和函数中拥有一个static对象是由差别的,calass中拥有一个static对象的意思是,无论你是否用到过这个对象,它都会被构造(及析构).

相反函数中拥有一个static对象,只有在第一次调用此函数时,这个对象才会产生,如果函数从未被调用,这个对象就不会诞生(然而你必须付出,每次调用函数时都会检查对象是否要诞生)

缺点2:调用的时机,class static的初始化时机我们无法控制,而function static可以.

下面我们来介绍一种控制类创建个数的方法

class Printer {
public:
    class TooManyObjects{}; //当外界申请太多对象时抛出这种exception class
    Printer();
    ~Printer();
    ...
private:
    static size_t numObjects;
    Printer(const Printer& rhs);//由于只允许产生一个对象,所以不允许拷贝
};
size_t Printer::numObjects = 0;// static做成员变量 必须在class外初始化
Printer::Printer(){
    if (numObjects >= 1) {
        throw TooManyObjects();
    }
    proceed with normal construction here;
    ++numObjects;
}
Printer::~Printer(){
    perform normal destruction here;
    --numObjects;
}

二不同对象的构造状态

现在我们创建一个带彩印的打印机,这种打印机类有许多地方与普通的打印机类相同，所以我们从普通打印类继承下来

class ColorPrinter: public Printer {
...
};

//这时我们创建一个打印机和一个彩印机
Printer p;
ColorPrinter cp;

这两个定义会产生多少 Pritner 对象？答案是两个：一个是 p，一个是 cp。在运行时，当构造 cp 的基类部分时，会抛出 TooManyObjects 异常

如果class CPFMachine 中含有class Printer 那么我们创建两个class CPFMachine 时也会抛出 TooManyObjects 异常

class CPFMachine { // 一种机器，可以复印，打印
private: // 发传真。
Printer p; // 有打印能力
FaxMachine f; // 有传真能力
CopyMachine c; // 有复印能力
...
};
CPFMachine m1; // 运行正常
CPFMachine m2; // 抛出 TooManyObjects 异常

问题出在Printer对象可与3中不同状态下存在

1.它自己

2.派生类的base class成分

3.内嵌于较大的对象之中

现在假设你想创建一个可以产生任意数量的类,且你不希望任何类继承自它

class FSA {
    public:
    // 伪构造函数
    static FSA * makeFSA();
    static FSA * makeFSA(const FSA& rhs);
    ...

    private:
    FSA();
    FSA(const FSA& rhs);
　　...
　　 auto_ptr<FSA> pfsa1(FSA::makeFSA());//因为调用new,所以我们必须得delete,使用auto_ptr就不用考虑delete了
　　 auto_ptr<FSA> pfsa2(FSA::makeFSA(*pfsa1));

    ...
};

三一个用来计数对象的Base Class

可以将上面的方法结合一般化,将他抽象一个类模板,任何需要限制对象数目的类只要继承自这个类模板即可

template<class BeingCounted>
class Counted {
public:
    class TooManyObjects{}; 
    static int objectCount() { return numObjects; }
protected:
    Counted();
    Counted(const Counted& rhs);
    ~Counted() { --numObjects; }
private:
    static int numObjects;
    static const size_t maxObjects;
    void init(); 
}; 
template<class BeingCounted>
Counted<BeingCounted>::Counted(){ 
    init(); 
}
template<class BeingCounted>
Counted<BeingCounted>::Counted(const Counted<BeingCounted>&){ 
    init(); 
}
template<class BeingCounted>
void Counted<BeingCounted>::init(){
    if (numObjects >= maxObjects) throw TooManyObjects()
        ++numObjects;
}

将Counted定义为模板,同一继承层次中的不同类共享同一对象计数,因此通过使用类模板,不同派生类的对象计数得以相互独立

从这个模板生成的类仅仅能被做为基类使用，因此构造函数和析构函数被声明为protected。注意 private 成员函数 init 用来避免两个 Counted 构造函数的语句重复

现在我们更改Printer class让她运用Counted template

class Printer: private Counted<Printer> {//注意我们这里采用私有继承,可以不必声明虚析构函数.那么这个时候我们使用Counted<Printer>删除一一个Printer对象会产生不正确的行为
public:
    static Printer * makePrinter();
    static Printer * makePrinter(const Printer& rhs);
    ~Printer();
    void submitJob(const PrintJob& job);
    void reset();
    void performSelfTest();
    ...
using Counted<Printer>::objectCount; //让此函数对于printer的用户而言成为public
using Counted<Printer>::TooManyObjects;
private:
    Printer();
    Printer(const Printer& rhs);
};

现在所有这些现在都由Counted<Printer>的构造函数来处理，因为 Counted<Printer>是 Printer 的基类，我们知道 Counted<Printer>的构造函数总在 Printer 的前面被调用。如果建立过多的对象，Counted<Printer>的构造函数就会抛出异常，甚至都没有调用 Printer 的构造函数.

如果想要限制生成对象的个数则需在

//增加类模板实现文件
template<class BeingCounted> // 定义 numObjects
int Counted<BeingCounted>::numObjects; // 自动把它初始化为 0

如果Printer想要使用加限制生成对象数量的类模板则需在Printer加这个实现

const size_t Counted<Printer>::maxObjects = 10;