讲座主题：C++中的不可复制类型：禁止拷贝与赋值的策略

大家好！欢迎来到今天的C++技术讲座。今天我们要探讨的是一个听起来有点“反人类”的话题——如何在C++中创建一个不可复制的类型？是不是觉得有点奇怪？为什么我们还要故意让自己的类变得这么难用呢？别急，听我慢慢道来。

一、为什么需要不可复制的类型？

在C++的世界里，复制和赋值是天经地义的操作。但有时候，我们会遇到一些特殊情况，比如：

资源独占型对象：某些对象管理着独一无二的资源（如文件句柄、网络连接等），如果随意复制或赋值，会导致资源被多次释放或者状态混乱。
性能优化：有些对象非常庞大，复制它们会带来巨大的开销。
设计约束：从设计的角度看，有些类天生就不应该被复制或赋值。

举个例子，假设你正在开发一个文件管理系统，每个文件对象都持有一个文件描述符。如果你不小心复制了一个文件对象，可能会导致两个对象同时尝试关闭同一个文件，从而引发未定义行为。

二、C++中的复制与赋值机制

在深入讲解之前，我们先快速回顾一下C++中的复制和赋值机制。

1. 复制构造函数

复制构造函数用于创建一个新对象，并将其初始化为另一个现有对象的副本。默认情况下，C++编译器会为我们生成一个浅拷贝的复制构造函数。

class MyClass {
public:
    MyClass(const MyClass& other) { /* 浅拷贝逻辑 */ }
};

2. 赋值运算符

赋值运算符用于将一个对象的内容复制到另一个已经存在的对象中。同样，默认情况下，C++会提供一个浅拷贝的赋值运算符。

class MyClass {
public:
    MyClass& operator=(const MyClass& other) { /* 浅拷贝逻辑 */ return *this; }
};

三、如何禁止拷贝与赋值？

现在问题来了：如果我们想让某个类无法被复制或赋值，该怎么做呢？

方法1：C++11之前的旧方法

在C++11之前，我们可以将复制构造函数和赋值运算符声明为private，并故意不实现它们。这样，如果有人试图复制或赋值你的对象，编译器会报错。

class NonCopyable {
private:
    // 声明为private，但不实现
    NonCopyable(const NonCopyable&);
    NonCopyable& operator=(const NonCopyable&);
};

这种方式虽然有效，但也有缺点：

容易忘记声明其中一个。
如果不小心调用了这些函数，编译器只会告诉你“访问权限错误”，而不是明确告诉你“这个操作被禁止”。

方法2：C++11及之后的现代方法

C++11引入了= delete语法，让我们可以更优雅地禁用某些操作。只需将复制构造函数和赋值运算符显式标记为delete即可。

class NonCopyable {
public:
    // 禁止复制构造
    NonCopyable(const NonCopyable&) = delete;
    // 禁止赋值
    NonCopyable& operator=(const NonCopyable&) = delete;
};

这种方式的好处是：

更加直观，代码可读性更高。
编译器会直接告诉你“这个操作已被禁用”。

四、实际案例分析

为了让理论更加生动，我们来看一个具体的例子：一个管理文件句柄的类。

#include <iostream>
#include <cstdio>

class FileHandler {
private:
    FILE* file;

public:
    explicit FileHandler(const char* filename, const char* mode) {
        file = std::fopen(filename, mode);
        if (!file) {
            throw std::runtime_error("Failed to open file");
        }
    }

    ~FileHandler() {
        if (file) {
            std::fclose(file);
        }
    }

    // 禁止复制
    FileHandler(const FileHandler&) = delete;
    FileHandler& operator=(const FileHandler&) = delete;

    void write(const char* message) {
        if (file) {
            std::fprintf(file, "%sn", message);
        }
    }
};

int main() {
    try {
        FileHandler file("example.txt", "w");
        file.write("Hello, World!");

        // 下面这行代码会导致编译错误
        // FileHandler copy = file;

        return 0;
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Error: " << e.what() << 'n';
        return 1;
    }
}

在这个例子中，FileHandler类管理了一个文件指针。通过禁用复制和赋值操作，我们确保了文件资源不会被误用。

五、常见问题解答

Q1：如果我的类继承自一个基类，基类允许复制，怎么办？

A：子类可以通过重写基类的复制构造函数和赋值运算符，并将其标记为delete来覆盖基类的行为。

class Base {
public:
    Base(const Base&) {}
    Base& operator=(const Base&) { return *this; }
};

class Derived : public Base {
public:
    Derived(const Derived&) = delete;
    Derived& operator=(const Derived&) = delete;
};

Q2：有没有办法只禁用赋值而不禁用复制？

A：当然可以！只需要单独删除赋值运算符即可。

class OnlyCopyable {
public:
    OnlyCopyable(const OnlyCopyable&) {} // 允许复制
    OnlyCopyable& operator=(const OnlyCopyable&) = delete; // 禁止赋值
};

六、总结

今天我们一起探讨了C++中如何创建不可复制的类型。通过禁用复制构造函数和赋值运算符，我们可以防止对象被意外复制或赋值，从而避免潜在的资源管理问题。

以下是关键点的小结：

操作	C++11之前	C++11及之后
禁用复制构造	`private`声明	`= delete`
禁用赋值运算符	`private`声明	`= delete`

最后引用《The C++ Programming Language》作者Bjarne Stroustrup的一句话：“C++ is a language that supports multiple programming paradigms.”（C++是一种支持多种编程范式的语言。）希望今天的讲座能帮助你们更好地理解和使用C++！

谢谢大家！如果有任何问题，欢迎提问！