More Effective C++之技术Techniques,Idioms,Patterns_条款26-27

条款26：限制某个class所能产生的对象数量

    对于限制class的数目，我们最常见的做法是使用单例模式,将构造函数定义为私有，然后定义一个static对象，可定义于class中，亦可定义在static 函数中，然后用户通过该static函数返回该对象，本条款建议定义在static函数中。主要是为了更确切地确定对象构造时间（第一次调用该static function）；示例代码如下：

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

    此外，为了避免名字冲突可以将类和函数定义到命名空间中；主要核心思想还是为了解决对象顶多只产生一个对象的问题。
    本条款给出了另一种情况，对象可能需要产生多个（大于1个）分别适用于不同场景。此时使用上述的的单例模式就显得有点力不从心了；所以本条款，采用了静态变量对对象个数使用引用计数的方式，进行处理，同时限制对象的最大数进行制约；从而达到限制class所能产生的对象数目的目的。本条款，一开始直接在Printer中增加了static numberObjects及maxObjects的方式，约束对象的数目；实现后，发现可以将该逻辑定义到一个基类中，对于有相同限制需要的类，直接继承该类即可达到限制目的。

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 int maxObjects;void init();
};
template <class BeingCounted>
Counted<BeingCounted>::Counted() 
{ init(); }
template<class BeingCounted>
int Counted<BeingCounted>::numObjects;
template <class BeingCounted>
Counted<BeingCounted>::Counted(const Counted<BeingCounted>&) 
{ init(); }
template <class BeingCounted>
void Counted<BeingCounted>::init() { if (numObjects >= maxObjects) throw TooManyObjects();++ numObjects;
}

    从类的定义来看，事实上就是通过numObjects >= maxObjects的条件约束，如果满足了该条件就会抛出异常，从而限制了对象的数量。针对开头定义的Printer需要约束对象的大小：只需要做如下改动：

class Printer : private Counted<Printer> {
public:static Printer * makePrinter() { return new Printer(); }static Printer * makePrinter(const Printer& job) { return new Printer(job); } void reset();...using Counted<Printer>::objectCount;using Counted<Printer>::TooManyObjects;
private:Printer();Printer(const Printer& rhs);
};

    此处Printer只需集成字Counted<Printer>即可完成对类对象的数量；实际数量可通过

template<>
const int Counted<Printer>::maxObjects = 1;

    注意该语句必须指定，否则会导致链接失败；比如实际需要限制的数量为10，则可修改为

template<>
const int Counted<Printer>::maxObjects = 10;

条款27：要求（或禁止）对象产生于heap之中

    本条款介绍两种场景，一种是对象只产生于heap中，另一种是禁止对象产生于heap中；从实现细节上来看，实现方法都会存在一定的瑕疵，权当做一种借鉴方法。

要求对象产生于heap之中（译注：所谓Heap-Based Objects）

    因为non-heap objects会在其定义点自动构造，并在跳出有效范围后自动析构，所以我们只要让那些被隐式调用的构造动作或析构动作不合法，就可以了。
    为了使这些动作不合法，最直截了当的方式是将constructor和destructor声明为private。事实上，没必要把它们俩都声明为private，比较好的办法是让destructor成为private，而constructor仍为public。如此一来，我们可以导入一个pseudo(伪的）destructor函数，用来调用真正的destructor。Clients则调用这个psedu-destructor以销毁它们所产生的对象。
    示例代码如下：

class Base {
public:Test();...// pseudo destructorvoid destroy() const { delete this; }
private:~Base();
};

    使用Base类，于是这么写：

Base test;												// 编译报错，因为析构函数为private
Base *pTest = new Base;
...
delete pTest;											// 编译错误，企图调用private destructor
p->destroy();											// 良好。

    另一个办法是将constructors都声明为private；但是由于编译器会默认产生copy constructor，default constructor且为public，如此代码需要把所以这些默认的构造函数都罗列在private下，所以没有把destructor声明为private来得简洁。因为一个class只能有一个destructor。
    只要限制了destructor或constructor的运用，便可阻止non-heap objects的诞生。但是，它也妨碍而来继承（inheritance）和内含（containment）：

class Inhr : public Base {
public:Inhr() : Base(){}
};
class Comp {
private:Base base;
};

    以上代码会出现编译错误，在class Inhr因为Base的构造函数为private，导致函数调用destroy内部调用~Base会失败；将destructor修改为protected即可：

class Base {
public:Base() {}// pseudo destructorvoid destroy() const { delete this; }
protected:~Base() {}
};class Inhr : public Base {
public:Inhr() : Base(){}
};

    对于包含元素则使用包含指针的方式进行处理：

class Comp {
public:Comp() {test = new Base;}~Comp() {test->destroy();}
private:Base *test;
};

判断某对象是否位于heap内

    该小节主要是利用了内存分配机制，栈空间地址通常位于高位地址，堆空间通常位于低位地址空间，但是该判断对于可移植性不是很强，以此为依据写出来的代码通用性不是很强，此处就不做过多的介绍，

禁止对象产生于heap中

    “检验对象是否位于heap中”的判断不是很清晰。“阻止对象分配于heap中”则是另一种手段。为了实现该目的，方案相对清晰。一般而言有3种可能：（1）对象被直接实例化；（2）对象被实例化为derived class objects内的“base class成分”；（3）对象内嵌于其他对象之中。让我们一一讨论。
    欲阻止clients直接将对象实例化于heap之中，很容易，因为此等对象总是以new产生出来，我们可以让clients无法调用new。虽然不能影响new operator的能力，但我们可以利用一个事实：new operator总是调用 operator new，而后者是我们可以自行声明的。更明确地说，我们可以将它声明为private或protected。示例代码如下：

class Base {
public:Base() {}
private:static void* operator new (size_t size) ;static void operator delete (void* ptr);
};

    现在clients只能够做某些被允许的事情

Base base；												// 可以
static Base sBase;										// 也可以
Base *pBase = new Base;						   			// 编译错误！企图调用private operator new

    将operator new声明为private应该足够了，但如果operator new属性为private 而operator delete却为public，看上去略奇怪，所以把它们俩都声明为了private。此外，为了禁止new Base[]的调用，我们同样需要把operator new[]及operator delete[]声明为private。
    有趣的是，将operator new声明为private，往往也会妨碍Base被实例化为heap-base derived class objects的“base class 成分”。那是因为operator new和operator delete都会被继承，所以如果这些函数不在derived class内声明为public，derived class继承了base(s)所声明的private版本：

class D : public Base {
};
D d;													// 没问题
static D sd;											// 没问题
D *p = new D;											// 错误！企图调用private operator new

    如果derived class声明有一个属于自己的operator new且为public，当clients将derived class objects声明于heap内时，该operator new函数会被调用，因此我们必须另觅良方以求阻止“D的Base class成分”的诞生。类似情况，当我们企图分配一个“内含Base对象”的对象，“Base的operator new乃为private”这一事实并不会带来什么影响：

class X {
Base base;
};
X *pX = new X;											// 没问题，调用的是X::operator new而非Base::operator new

    对使用目的而言，这把我们带回熟悉的情境。我们曾经希望“如果一个Base对象构造于heap以外，那么Base constructor就抛出exception”，这次我们的希望是“如果对象被产生于heap内的话，就抛出一个exception”。然而，就像没有任何据可移植性的做法可以判断某地址是否位于heap内一样，我们也没有据移植性的做法可以判定它是否不在heap内。这应该不令人惊讶；
    由此，本条款，给了我们两个一定程度上解决要求（或禁止）对象产生于heap之中。因为，clients可以通过友元、函数重载或者成员变量的方式绕过以上定义的private/protected定义，从而使通过以上方法的限制失效。