如何定義一個只能在堆上（棧上）生成對象的類?

在C++中，類的對象建立分為兩種，一種是靜態建立，如A a；另一種是動態建立，如A* ptr=new A；這兩種方式是有區別的。

        靜態建立一個類對象，是由編譯器為對象在棧空間中分配內存，是通過直接移動棧頂指針，挪出適當的空間，然后在這片內存空間上調用構造函數形成一個棧對象。使用這種方法，直接調用類的構造函數。

        動態建立類對象，是使用new運算符將對象建立在堆空間中。這個過程分為兩步，第一步是執行operator new()函數，在堆空間中搜索合適的內存並進行分配；第二步是調用構造函數構造對象，初始化這片內存空間。這種方法，間接調用類的構造函數。

        那么如何限制類對象只能在堆或者棧上建立呢？下面分別進行討論。

 

1、只能建立在堆上

        類對象只能建立在堆上，就是不能靜態建立類對象，即不能直接調用類的構造函數。

        容易想到將構造函數設為私有。在構造函數私有之后，無法在類外部調用構造函數來構造類對象，只能使用new運算符來建立對象。然而，前面已經說過，new運算符的執行過程分為兩步，C++提供new運算符的重載，其實是只允許重載operator new()函數，而operator()函數用於分配內存，無法提供構造功能。因此，這種方法不可以。

        當對象建立在棧上面時，是由編譯器分配內存空間的，調用構造函數來構造棧對象。當對象使用完后，編譯器會調用析構函數來釋放棧對象所占的空間。編譯器管理了對象的整個生命周期。如果編譯器無法調用類的析構函數，情況會是怎樣的呢？比如，類的析構函數是私有的，編譯器無法調用析構函數來釋放內存。所以，編譯器在為類對象分配棧空間時，會先檢查類的析構函數的訪問性，其實不光是析構函數，只要是非靜態的函數，編譯器都會進行檢查。如果類的析構函數是私有的，則編譯器不會在棧空間上為類對象分配內存。

        因此，將析構函數設為私有，類對象就無法建立在棧上了。代碼如下：

class  A
{
public :
    A(){}
    void  destory(){ delete   this ;}
private :
    ~A(){}
};

        試着使用A a;來建立對象，編譯報錯，提示析構函數無法訪問。這樣就只能使用new操作符來建立對象，構造函數是公有的，可以直接調用。類中必須提供一個destory函數，來進行內存空間的釋放。類對象使用完成后，必須調用destory函數。

        上述方法的一個缺點就是，無法解決繼承問題。如果A作為其它類的基類，則析構函數通常要設為virtual，然后在子類重寫，以實現多態。因此析構函數不能設為private。還好C++提供了第三種訪問控制，protected。將析構函數設為protected可以有效解決這個問題，類外無法訪問protected成員，子類則可以訪問。

        另一個問題是，類的使用很不方便，使用new建立對象，卻使用destory函數釋放對象，而不是使用delete。（使用delete會報錯，因為delete對象的指針，會調用對象的析構函數，而析構函數類外不可訪問）這種使用方式比較怪異。為了統一，可以將構造函數設為protected，然后提供一個public的static函數來完成構造，這樣不使用new，而是使用一個函數來構造，使用一個函數來析構。代碼如下，類似於單例模式：

class  A
{
protected :
    A(){}
    ~A(){}
public :
    static  A* create()
    {
        return   new  A();
    }
    void  destory()
    {
        delete   this ;
    }
};

        這樣，調用create()函數在堆上創建類A對象，調用destory()函數釋放內存。

 

2、只能建立在棧上

        只有使用new運算符，對象才會建立在堆上，因此，只要禁用new運算符就可以實現類對象只能建立在棧上。將operator new()設為私有即可。代碼如下：

class  A
{
private :
    void * operator  new ( size_t  t){}      // 注意函數的第一個參數和返回值都是固定的
    void  operator  delete ( void * ptr){}  // 重載了new就需要重載delete
public :
    A(){}
    ~A(){}
};