C 限制某個類所能產生的物件數量

或者系統只提供16個可分發出去的檔案描述符，如何確保檔案描述符物件存在的數目不能超過16個。

在具體的應用過程中，我們可能需要限制某個類所產生的物件數量。

下面我們先從簡單的問題的開始。

1.如何允許建立零個物件?

例項化乙個物件時，將呼叫乙個建構函式，因而阻止建立某個類的物件，最容易的方法就是把該類的建構函式宣告在類的private域。**示例如下：

1
class
cantbeinstantiated 
2;

2.如何允許建立乙個物件？

將類的建構函式宣告為private後，每個使用者都沒有權力建立物件，但實際應用的需求是我們需要建立乙個物件，因此我們需要選擇性地放鬆這個限制。

對於宣告為private的建構函式，我們可以引入友元函式或成員函式來進行訪問，並利用靜態成員變數來保證物件的唯一，具體實現**如下：

//
使用友元函式來訪問私有建構函式
namespace
printingstuff
;    
printer&theprinter()
}using
printingstuff::theprinter;
theprinter().reset();
theprinter().submitjob(buffer);

1
//使用靜態成員函式來訪問私有建構函式
2class
printer3;
12 printer&printer::theprinter()
1317
18printer::theprinter().reset();
19 printer::theprinter().submitjob(buffer);

上述兩種實現思想是一致的，最終都是通過theprint()函式來完成客戶端與系統印表機互動訪問的需求。theprinter()函式的實現有兩點值得注意：

1)唯一的printer物件是位於函式裡的靜態成員而不是在類中的靜態成員。在類中的靜態物件有兩個缺點，乙個總是被構造（和釋放），即使不使用該物件；另乙個缺點是它的初始化時間不確定。

2)theprinter()函式沒有宣告為內聯函式，因為內聯意味編譯器用函式體代替對函式的每乙個呼叫，這樣會導致函式內的靜態物件在程式內被複製，可能會使程式的靜態物件的拷貝超過乙個。

上述兩種方法，都解決了允許建立乙個物件的問題，但無法解決允許建立多個物件的限制問題。

3.如何限制允許建立多個物件？

我們可以換一種思路，不利用友元函式或成員函式來作為建立物件的中介，而引入計數器簡單地計算物件的數目，一旦需要太多的物件，就丟擲異常。具體**實現如下：

1
class
printer 
2;        //
當需要的物件過多時，丟擲的異常類
5printer();
6     ~printer();
7...
8private:9
static
size_t numobjects;
10static
size_t maxobjects;
11     printer(const printer&rhs);
12};
1314 size_t printer::numobjects = 0
;15 size_t printer::maxobjects = 10;16
printer::printer()
1722
...23     ++numobjects;24}
25 printer::~printer()
26

此法的核心思想就是使用numobjects跟蹤printer物件存在的數量。當構造物件時，它的值就增加，釋放物件時，它的值就減少。如果試圖構造過多的物件，就會丟擲乙個toomanyobjects型別的異常。通過maxobjects設定可允許建立物件的最大數目。

以上兩種方法基本上可以滿足，限制物件數目的要求。但是具體應用中，仍會出現問題，上述兩種方法無法解決。如下面**所示：

1
class colorprinter:public
printer2;
56printer p;
7 colorprinter cp;

1
class
cpfmachine2;
9cpfmachine m1;
10 cpfmachine m2;

利用計數器的方法，上述**中，都將會產生多個printer物件，由printer被作為基類或者被包含於其他類中，導致其他物件的構造時，隱藏構造printer物件。這主要是計數器方法無法區分物件存在的三種不同環境：只有它們本身；作為其他派生類的基類；被嵌入在更大的物件中。

利用theprinter()函式的方法，把printer物件的數量限制為乙個，這樣做的同時也會讓我們每一次執行程式時只能使用乙個printer物件。導致我們不能在程式的不同部分使用不同的printer物件。如下面偽**所示：

1
建立printer物件p1;
2使用p1;
3釋放p1;
4建立printer物件p2;
5使用p2;
6釋放p2;
7 ....

4.如何解決兩種方法存在的問題？

思路：將兩種方法結合，將建構函式宣告為private，限制其被繼承和被包含於其他的類，解決計數器的問題，並提供偽建構函式作為訪問物件的介面，並統計物件的個數，來解決限制構造多個物件和程式不同部分使用不同物件的問題。具體**實現如下：

1
class
printer2;
5//偽建構函式
6static printer*makeprinter();
7static printer* makeprinter(const printer&rhs);
8...
9private:10
static
size_t numobjects;
11static
const
size_t maxobjects;
12printer();
13     printer(const printer&rhs);
14};
1516 size_t printer::numobjects = 0;17
const size_t printer::maxobjects = 10;18
printer::printer()
1924
...25
}26 printer::printer(const printer&rhs)
2732
...33
}34 printer*printer:makeprinter()
3538 printer* printer::makeprinter(const printer&rhs)
3942 printer *p1 = printer::makeprinter();

到目前為止，對於限制物件數目的問題，應該是大功告成。但是仍不能滿足工程性上的應用，例如我們有大量像printer需要限制例項數量的類，就必須一遍又一遍地編寫一樣的**，每個類編寫一次。作為程式設計師，應該避免這種重複性的工作。

5.乙個具有物件計數功能的基類

針對重複性工作的問題，解決思路是：構造乙個具有例項計數功能的基類，讓像printer這樣的類從該基類繼承，利用派生類物件的構造，需要先構造基類物件的特點，通過隱藏的基類實現計數功能。具體實現如下：

1 template
2class
counted3;
6static
intobjectcount()710
protected:11
counted();
12     counted(const counted&rhs);
13     ~counted() 
1417
private:18
static
intnumobjects;
19static
const
size_t maxobjects;
20void
init();
21};
2223 template
24 counted::counted()
2528
29 template30 counted::counted(const counted&)
3134
35 template
36void counted::init()
3742
43class printer::private counted44
;

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