動的メモリ割り当てでのみオブジェクトを生成できるC++クラスの作成方法

この記事では、動的メモリ割り当てを通じてのみオブジェクトを生成できるC++クラスの作成方法を解説します。スタック上への直接生成はコンパイルエラーとなるよう設計します。

基本アイデア：デストラクタをprivateにする

実現方法は非常にシンプルです。対象クラスのデストラクタをprivateで宣言します。

デストラクタがprivateの場合、スタック領域に生成されたオブジェクトがスコープを抜けるとき、コンパイラは自動的にデストラクタを呼び出してオブジェクトを破棄しようとします。しかし、privateなデストラクタには外部からアクセスできないため、コンパイルエラーが発生します。

一方、new演算子で動的に確保されたオブジェクトの解放はプログラマ自身の責任であり、コンパイラが自動的に破棄処理を行うことはありません。そのため、動的なオブジェクト生成のみが許可されることになります。

メモリリーク対策：friend関数の活用

デストラクタがprivateだと、外部からdeleteを呼び出すこともできず、このままではメモリリークが発生してしまいます。そこで、クラスの利用者が呼び出せるfriend関数を用意し、この関数を経由してオブジェクトを安全に破棄できるようにします。

実装例

以下のサンプルコードで、具体的な実装方法を確認しましょう。

#include<iostream>
using namespace std;
class NoDirectObjClass {
    private:
        ~NoDirectObjClass() {
            cout << "Destroyng NoDirectObjClass object" << endl;
        }
    public:
        NoDirectObjClass() {
            cout << "Creating object" << endl;
        }
    friend void friend_destructor(NoDirectObjClass* );
};
void friend_destructor(NoDirectObjClass* p) {
    delete p;
    cout << "Destroyng object using friend" << endl;
}
int main(){
    NoDirectObjClass *p = new NoDirectObjClass;
    friend_destructor(p);
}

実行結果

Creating object
Destroyng NoDirectObjClass object
Destroyng object using friend

このように、newによる動的生成と、friend関数を経由したオブジェクトの破棄が正常に行われています。

直接生成を試みた場合のコンパイルエラー

次に、動的メモリ割り当てを使わずにスタック上へオブジェクトを直接生成しようとした場合の挙動を確認してみましょう。

#include<iostream>
using namespace std;
class NoDirectObjClass {
    private:
        ~NoDirectObjClass() {
            cout << "Destroyng NoDirectObjClass object" << endl;
        }
    public:
        NoDirectObjClass() {
            cout << "Creating object" << endl;
        }
    friend void friend_destructor(NoDirectObjClass* );
};
void friend_destructor(NoDirectObjClass* p) {
    delete p;
    cout << "Destroyng object using friend" << endl;
}
int main(){
    NoDirectObjClass t1;
}

コンパイル結果

main.cpp: In function 'int main()':
main.cpp:22:22: error: 'NoDirectObjClass::~NoDirectObjClass()' is private
within this context
    NoDirectObjClass t1;
                      ^~
main.cpp:6:9: note: declared private here
        ~NoDirectObjClass() {
        ^

デストラクタがprivateであるため、スタック上でのオブジェクト生成がコンパイルエラーとして検出されていることが分かります。

まとめ

• デストラクタをprivateにすることで、スタック上へのオブジェクト直接生成を禁止できる
• new演算子による動的なオブジェクト生成は引き続き許可される
• メモリリークを防ぐため、friend関数などでオブジェクトの破棄手段を提供する必要がある

この手法は、オブジェクトの生成方法やライフサイクルを厳密に制御したい場面で役立つC++のテクニックです。