C++单例模式
你算哪一个bug? 人气:0单例模式
什么是单例模式
单例模式（Singleton），保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。–大话设计模式
应用场景
保证一个类只有一个实例
- 如Windows下的任务管理器，回收站等。
- 日志管理，计数器等。
简而言之，你需要唯一实例时就可以考虑单例模式。这样它可以严格地控制客户怎样访问即何时访问它，即对唯一实例的受控访问。
优缺点
优点
- 减少内存开销，因为在系统中只有一个实例。
- 避免了频繁的创建和销毁对象，提高了性能
- 避免对资源的多重占用，比如单例时多人只写一个日志文件，如果有多个日志文件可能导致对相同的日志文件进行写操作
- 设置全局访问点
缺点
- 职责过重，与单一职责存在冲突
- 不能继承（构造方法私有）
实现
单例模式有两种实现模式，懒汉模式和饿汉模式。
注意单例模式的概念，大概就是唯一实例且有全局访问点，我们从这两点入手。
唯一实例：构造函数私有+防拷贝
拷贝构造是一种构造方式，所以需要防止，构造函数私有不让别人new。
全局访问点：给一个公共的接口
饿汉模式
简单来说，把东西一开始就做好，需要的时候直接吃。
#include <iostream>
using namespace std;
class Singleton
{
public:
static Singleton& GetInstance()
{
return _instance;
}
int GetRandom()//由于侧重点不是随机数 所以直接返回一个30
{
return 30;
}
private:
Singleton() {}//构造函数私有
Singleton(Singleton&) = delete;//防拷贝，被=delete修饰表明这个函数被删除，即可以只声明不实现,换言之禁用了该函数
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;//防拷贝
static Singleton _instance;
};
Singleton Singleton::_instance;//类外必须初始化，类内只是声明
int main()
{
//1.调用
cout<<Singleton::GetInstance().GetRandom()<<endl;
//2.
Singleton& s = Singleton::GetInstance();
cout<<s.GetRandom()<<endl;
return 0;
}通过防拷贝和构造函数私有化之后下面的几种办法都失效了
Singleton s;//err Singleton s1(s);//err Singleton s1=s;//err
从上面我们可以看出饿汉模式的优缺点了，有点显而易见就是实现很简单粗暴，缺点很明显，类加载时单例对象就已经生成了，即还没有用就已经加载出来了，比如这个资源很大，又在游戏启动时加载，那就会造成游戏启动很慢。且如果有多个单例对象启动时实例化顺序不确定（不同源文件类内的单例对象实例化顺序是不确定的，懒汉模式解决了这个问题，因为懒汉模式的实例化在函数内部，可以通过调用函数的顺序来解决实例化的顺序问题）。
类加载时静态初始化解决了线程安全问题。
懒汉模式
什么时候需要就什么时候做饭，然后吃。
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
if (_instance == nullptr)
{
_mtx.lock();//double lock保证线程安全
if (_instance == nullptr)//必须再次检查 不然可能另一个线程那已经new完了，这边又new违背了单例，且可能覆盖数据。
{
_instance = new Singleton();
}
_mtx.unlock();
}
return _instance;
}
int GetRandom()
{
return 30;
}
class Clear//资源回收的内部类，必须是公有的，不然外部声明报错
{
public:
~Clear()
{
cout << "释放资源" << endl;
delete _instance;
}
};
private:
static Clear _cle;
Singleton() {}
Singleton(Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
static Singleton* _instance;
static mutex _mtx;//线程安全
};
Singleton* Singleton::_instance = nullptr;
mutex Singleton::_mtx;
Singleton::Clear _cle;
int main()
{
//1.
cout<<Singleton::GetInstance()->GetRandom()<<endl;
//2/
static Singleton* s = Singleton::GetInstance();
cout << s->GetRandom() << endl;
//不能用左值引用接收的原因 返回值是右值 得用右值引用接收
//为什么函数返回值是右值 因为返回值是借助临时变量返回的拿不到地址
//如果返回值是左值引用就能用左值引用接收
return 0;
}懒汉模式的优缺点也很明显，优点是什么时候第一次用就什么时候实例化，此外可以通过调用函数解决多个单例对象实例化的顺序问题，缺点就是写起来复杂，要考虑线程安全和内存泄露方面的问题。懒汉采用的是指针也更好回收资源（饿汉采用的是对象）
懒汉可能因为多线程丢数据，线程加锁保证在多线程环境下一定只有一个线程去new对象，只创建出一个单例对象，加锁可能导致频繁切换上下文，double lock解决。
特殊类设计
我们一般会通过构造函数，拷贝构造和赋值重载创建对象，现在把这几种方法全禁用了，然后自己再写一个外部可调用的接口来自定义类的创建方式。
当然也有别的办法，这种经常可以作为一种通解思路。
下面的禁用采用C++11的delete关键字实现，作用是禁止编译器生成默认的函数版本，即有声明但无实现。
设计一个类只能在堆上创建对象
简单来说只能通过new来创建对象。
方法一
构造方法禁用，然后给一个接口让外部调用。
构造方法的禁用=构造函数私有+禁用拷贝构造+禁用赋值重载
class HeapOnly
{
public:
static HeapOnly* GetInstance()
{
return new HeapOnly;
}
void Test()
{
cout << "I am Test" << endl;
}
private:
HeapOnly() {}
HeapOnly(HeapOnly&) = delete;
HeapOnly& operator=(const HeapOnly&) = delete;
};
int main()
{
HeapOnly* ho = HeapOnly::GetInstance();
ho->Test();
delete ho;
return 0;
}
方法二
析构函数私有
对象建立在栈上，是由编译器分配空间的，编译器管理对象的生命周期，对象使用完后编译器会检查这个对象所有的非静态函数，包括析构函数，当编译器发现析构函数不能访问后就不能回收这块空间，所以编译器无法为其分配空间，编译器检查到这种情况也会报错。
析构函数私有的方法不建议使用，因为在类外无法使用delete释放空间，容易造成内存泄漏。
class HeapOnly
{
public:
void Test()
{
cout << "I am Test" << endl;
}
private:
~HeapOnly();
};
int main()
{
//HeapOnly ho_stack;//err
HeapOnly* ho = new HeapOnly;
ho->Test();
return 0;
}
只能在栈上创建对象
方法一
不能使用new --> 重载operator new即可。
这种存在一个缺陷，就是仍然可以在静态区创建对象
方法二
将构造函数设为私有再自定义一个接口
这里不用禁用构造函数，拷贝构造，赋值重载，因为对于下面的场景来说，匿名对象的拷贝构造更符合场景，编译器会选拷贝构造来进行构造，所以如果我们禁用了拷贝构造会报错，因为我们的delete关键字是有声明无实现，并不是真的把这个函数连带声明删除了。所以StackOnly()一看有我们自己写的拷贝构造的声明就会去匹配这个拷贝构造，我们自己写的拷贝构造又没有实现拷贝功能就会报错。
理解这个和编译链接知识有关，编译器看到声明就去匹配了，而不是一定要看到函数实现才匹配，链接时候才会去找实现，当发现有声明无实现时就很容易导致链接错误。
一个类不能被继承
父类构造函数私有即可，构造时先构造父类再构造子类，父类构造不出不能继承。
最后
关于单例模式，可以说是只能创建一个对象的实现。
还有个小问题，为什么不用全局变量代替单例模式，全局定义一个唯一的变量不就行了，合理吧[doge]，理论上可以，但是非常不建议，可以自行查找资料"为什么不建议使用全局变量"。
全局变量的使用可能带来很多问题，而且很容易造成链接、重定义等错误，如果多人协作时有人再给这个变量起个别名，那维护代码时代价就太大了，这还只是全局变量的一个小缺点。
牛客代码规范评分里也不建议用全局变量，当然写题时代码没那么长，几个全局变量倒时不打紧。
.h不能包含定义,不然多个cpp去包含就会有链接错误，尽量把定义和声明分离开来
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