C++ 单例模式

时间:2022-05-28 ymz123_ 人气:0

不能被拷贝的类

拷贝只会放生在两个场景中：拷贝构造函数以及赋值运算符重载，因此想要让一个类禁止拷贝，只需让该类不能调用拷贝构造函数以及赋值运算符重载即可。

C++98

将拷贝构造函数与赋值运算符重载只声明不定义，并且将其访问权限设置为私有即可。

class CopyBan
{
	//...
private:
	CopyBan(const CopyBan&);
	CopyBan& operator=(const CopyBan&);
	//...
};

原因：

设置成私有：如果只声明没有设置成private，用户自己如果在类外定义了，就可以不能禁止拷贝了

只声明不定义：不定义是因为该函数根本不会调用，定义了其实也没有什么意义，不写反而还简单，而且如果定义了就不会防止成员函数内部拷贝了。

C++11

C++11扩展delete的用法，delete除了释放new申请的资源外，如果在默认成员函数后跟上=delete，表示让编译器删除掉该默认成员函数。

class CopyBan
{
	//...
	CopyBan(const CopyBan&) = delete;
	CopyBan& operator = (const CopyBan&) = delete;
	//...
};

只能在堆上创建对象的类

实现方式：

将类的构造函数私有，拷贝构造声明成私有。防止别人调用拷贝在栈上生成对象。

提供一个静态的成员函数，在该静态成员函数中完成堆对象的创建

class HeapOnly
{
public:
	//提供一个static公有函数创建对象，对象创建的都在堆上
	static HeapOnly* CreateObject()
	{
		return new HeapOnly;
	}
private:
	HeapOnly(){}

	//C++98 防拷贝 只声明，不实现
	HeapOnly(const HeapOnly&);
	
	//C++11
	HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

只能在栈上创建对象的类

方法一：同上将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回即可。

class StackOnly
{
public:
	StackOnly(){}
public:
	//C++11
	void* operator new(size_t size) = delete;
	void operator delete(void* p) = delete;
private:
	//C++98 防调用
	void* operator new(size_t size);
	void operator delete(void* p);
};

屏蔽new

因为new在底层调用void* operator new(size_t size)函数，只需将该函数屏蔽掉即可。注意：也要防止定位new

class StackOnly
{
public:
	StackOnly(){}
private:
	void* operator new(size_t size);
	void operator delete(void* p);
};

不能被继承的类

C++98

//C++98这种方式不够直接
//这里是可以继承的，但是Derive不能创建对象，因为Derive的构造函数必须要调用父类NonOnherit构造，但是NonInherit的构造函数私有了，私有在子类不可见，那么这里继承不会报错，继承的子类创建对象会报错
class NonInherit
{
public:
	static NonInherit GetInstance()
	{
		return NonInherit();
	}
private:
	NonInherit()
	{}
};

C++11

final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。

class A final
{
	//...
};

只能创建一个对象的类（单例模式）

设计模式

设计模式（Design Pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计经验的总结。为什么会产生设计模式这样的东西呢？就像人类历史发展会产生兵法。最开始部落之间打仗时都是人拼人的对砍。后来春秋战国时期，七国之间经常打仗，就发现打仗也是有套路的，后来孙子就总结出了《孙子兵法》。孙子兵法也是类似。

使用设计模式的目的：为了代码可重用性、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。设计模式使代码编写真正工程化；设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一样。

单例模式

定义一个全局对象，大家都能用，也能保证单例，但这种方式存在很大的缺陷，你要让大家都能用，这个对象就只能定义在一个.h，如果这个.h在多个.cpp包含，那么链接会报错。全局静态，只在当前文件可见，不再是同一个对象，每个xxx.cpp中各自是一个对象。 extern可以使链接不报错，但不能保证全局只有唯一一个v，可能某个地方又重新定义了一个变量v 所以我们可以在.h中声明，在.cpp中定义，声明和定义分离。否则在.h中定义，多个cpp包含就会有多份。

某些类, 只应该具有一个对象(实例), 就称之为单例.

在很多服务器开发场景中, 经常需要让服务器加载很多的数据 (上百G) 到内存中. 此时往往要用一个单例的类来管理这些数据

单例模式有两种实现模式：饿汉实现方式和懒汉实现方式

[洗碗的例子]：吃完饭, 立刻洗碗, 这种就是饿汉方式. 因为下一顿吃的时候可以立刻拿着碗就能吃饭. 吃完饭, 先把碗放下, 然后下一顿饭用到这个碗了再洗碗, 就是懒汉方式. 懒汉方式最核心的思想是 “延时加载”. 从而能够优化服务器的启动速度.

饿汉模式

在main函数之前，一开始就创建对象

.h：

//饿汉模式：main函数之前，一开始就创建对象
//全局只要唯一的Singleton实例对象，那么他里面的成员也就是单例的
class Singleton
{
public:
	//3.提供一个获取单例对象的static成员函数
	static Singleton& GetInstance();

	//如果vector对象是私有，想访问，只能再封装一层
	//void PushBack(int x)
	//{
	//	_v.push_back(x);
	//}
	vector<int> _v;
private:
	//vector<int> _v;

	//1.构造函数私有化，不能随意创建对象
	Singleton()
	{}

	//防拷贝
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

	//2.类里面声明一个static Singleton对象，在cpp定义这个对象
	//保证全局只要一个唯一对象
	//这里的static类比的是全局变量，只是受类域的限制，没有改变链接属性
	static Singleton _sinst;
};

.cpp：

#include "Singleton.h"

//定义
Singleton Singleton::_sinst;

Singleton& Singleton::GetInstance()
{
	return _sinst;
}

优点：简单

缺点：main函数之前创建初始化的。如果单例对象的构造函数中要做很多工作，可能会导致进程启动慢。

且如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定。

如果这个单例对象在多线程高并发环境下频繁使用，性能要求较高，那么显然使用饿汉模式来避免资源竞争，提高响应速度更好。

懒汉模式

饿汉式在应用启动时就创建了实例，饿汉式是线程安全的，是绝对单例的。懒汉式在对外提供的获取方法被调用时会实例化对象。在多线程情况下，懒汉模式不是线程安全的。

第一次使用实例对象时，创建对象。进程启动无负载。多个单例实例启动顺序自由控制。

//定义
Singleton* Singleton::_spinst = nullptr;
mutex Singleton::_mtx;

Singleton& Singleton::GetInstance()
{
	//双检查加锁 提高效率
	if (_spinst == nullptr)
	{
		_mtx.lock();
		if (_spinst == nullptr)
		{
			//第一次调用
			_spinst = new Singleton;
		}
		_mtx.unlock();
	}

	return *_spinst;
}

void Singleton::DelInstance()
{
	if (_spinst != nullptr)
	{
		_mtx.lock();
		if (_spinst != nullptr)
		{
			delete _spinst;
			_spinst = nullptr;
		}
		_mtx.unlock();
	}
}

#pragma once
#include <vector>
#include <iostream>
#include <mutex>
using namespace std;

//懒汉模式：第一次调用GetInstance时，才会创建初始化单例对象
//相对于饿汉，不存在可能会导致启动慢的问题，也可以控制顺序依赖的问题了
class Singleton
{
public:
	//3.提供一个获取单例对象的static成员函数
	static Singleton& GetInstance();

	//如果vector对象是私有，想访问，只能再封装一层
	//void PushBack(int x)
	//{
	//	_v.push_back(x);
	//}
	vector<int> _v;

		//或实现一个内嵌垃圾回收类
	class CGarbo {
	public:
		~CGarbo() {
			if (Singleton::_spinst)
				delete Singleton::_spinst;
		}
	};

	//定义一个静态成员变量，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数从而释放单例对象
	static CGarbo Garbo;
	
private:
	//vector<int> _v;

	//1.构造函数私有化，不能随意创建对象
	Singleton()
	{}

	//防拷贝
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

	//2.类里面声明一个static Singleton对象，在cpp定义这个对象
	//保证全局只要一个唯一对象
	static Singleton* _spinst;
	static mutex _mtx;
};

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