C++ 如何限制一个类对象只在栈（堆）上创建

骑猪看日落 2022-05-16 09:46 212阅读 0赞

# 1 概述 #

昨天一个同学去网易面试C++研发，问到了这么一个问题：如何限制一个类对象只在栈（堆）上分配空间？

一般情况下，编写一个类，是可以在栈或者堆分配空间。但有些时候，你想编写一个只能在栈或者只能在堆上面分配空间的类。这能不能实现呢？仔细想想，其实也是可以滴。

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。

(1) 静态建立类对象：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。

(2) 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。

# 2 只能在堆上分配类对象 #

只能在堆上分配类对象，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 new()函数只用于分配内存，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。因此，将析构函数设为私有，类对象就无法建立在栈上了。

代码如下：

class A  
    {
    
    public:  
        A(){}
        void destory(){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。  
上述方法的缺点：

(1) 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。

(2) 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 destory()
        {  
            delete this;
        }
    };

这样，调用create()函数在堆上创建类A对象，调用destory()函数释放内存。

# 3 只能在栈上分配类对象 #

只有使用new运算符，对象才会建立在堆上，因此，只要禁用new运算符就可以实现类对象只能建立在栈上。虽然你不能影响new operator的能力（因为那是C++语言内建的），但是你可以利用一个事实：new operator 总是先调用 operator new,而后者我们是可以自行声明重写的。因此，将operator new()设为私有即可禁止对象被new在堆上。

代码如下：

class A
    {
    private:
        void* operator new(size_t t){}     // 注意函数的第一个参数和返回值都是固定的
        void operator delete(void* ptr){}  // 重载了new就需要重载delete
        
    public:  
        A(){}
        ~A(){}
    };

**本文转自：**

**[https://blog.csdn.net/tkp2014/article/details/48846715][https_blog.csdn.net_tkp2014_article_details_48846715]**

[https_blog.csdn.net_tkp2014_article_details_48846715]: https://blog.csdn.net/tkp2014/article/details/48846715