设计模式C++实现单例模式

Posted 2023-02-24 傅耳耳

单例模式

定义：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，该实例被所有程序模块共享

【实现思路】

防止外界创建单例类的对象 ——> 私有化构造函数

提供全局访问点：

• 使用类的私有静态指针指向类的唯一实例
• 提供公有静态方法获取实例

【实现模式】

懒汉模式：第一次使用才初始化，调用函数获取实例时再创建

饿汉模式：程序一开始运行立即初始化

（1）经典线程安全懒汉模式 —— 双检锁

class single 

private:
    // 私有静态指针
    static single *p;
    
    // 静态互斥锁 互斥获取实例
    static pthread_mutex_t lock;
    
    // 私有化构造函数
	single()
        pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    
    ~single()
    
public:
    // 公有静态方法获取实例
    static single* getinstance();
;

pthread_mutex_t single::lock;

single * single::p = NULL;
single * single::getinstance()
    // 仅在第一次创建单例时加锁
    if( NULL == p )
        // 没有实例化
        pthread_mutex_lock(&lock);
        if( NULL == P )
            // 双检，防止已有线程进入第一个if语句
            p = new single;
        
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    
    return p;

（2）线程安全懒汉模式 —— 局部静态变量

局部静态变量

• 定义：局部变量前加上 static 关键字
• 存储：静态局部变量存放在静态存储区
• 生命周期：整个程序运行期间（函数或方法调用结束后并不释放）
• 初始化：编译时赋初值一次，之后调用不再赋初值，若没有显式初始化，默认初始化为0
• 与全局变量对比：
  • 都在静态存储区存放，在程序整个运行期间都不释放
  • 静态局部变量只能在函数内部访问，其他函数“不可见”

使用局部静态对象，C++11 要求编译器保证内部静态变量的线程安全性，不用加锁、解锁

class single
private:
	single()
    ~single()
    
public:
    static single * getinstance();
;

single* single::getinstance()
    static single obj;
    return &obj;

加锁方式

class single
private:
	static pthread_mutex_t lock;
    single()
        pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    
    ~single()
    
public:
    static single* getinstance();
;
pthread_mutex_t single::lock;
single * single::getinstance()
    pthread_mutex_lock(&lock);
    static single obj;
    pthread_mutex_unlock(&lock);
    return &obj;

（3）饿汉模式

在程序运行时就定义了对象，并且初始化，getinstance 函数只是返回一个对象的指针

饿汉模式不需要使用锁，就可以实现线程安全

class single
private:
	static single * p;
    single()
    ~single()
public:
    static single* getinstance();
;
single *single::p = new single();
single *single::getinstance()
    return p;

隐藏问题：函数外的静态对象在不同编译单元中的初始化顺序是没有定义的，如果还未初始化，就调用getinstance方法会返回未定义实例

测试：

int main()
	
    single *p1 = single::getinstance();
    single *p2 = single::getinstance();
    
    if(p1 == p2) 
        printf("same\\n");
    
    
    system("pause");
    return 0;