《设计模式》单例模式

Posted 2023-03-05 joker D888

《设计模式》单例模式

单例模式是一种常用的设计模式，其主要优点有：

1. 提供了对唯一实例的全局访问。单例模式保证了整个系统中只有一个实例，这样就可以方便地对该实例进行访问和操作，避免了多个实例之间的冲突和不一致。
2. 避免了重复创建实例。在某些场景下，创建某些对象的代价很高，比如需要加载大量数据或初始化一些复杂的对象，如果每次都创建新的实例，会严重影响系统性能。使用单例模式可以避免重复创建实例，提高系统的性能和效率。
3. 灵活性好，易于扩展。单例模式在整个系统中只存在一个实例，这样可以方便地对该实例进行控制和管理，比如可以对该实例进行缓存、统计、记录等操作，从而提高系统的可维护性和扩展性。

单例模式适用于如下场景：

1. 在整个系统中只需要存在一个实例对象的场景。比如系统中只能有一个配置对象、日志对象、数据库连接对象等。
2. 需要频繁创建和销毁对象，且创建和销毁对象的代价很大的场景。比如在某些应用中需要频繁地创建和销毁数据库连接，这样会严重影响系统的性能，使用单例模式可以避免这个问题。
3. 需要对某个对象进行全局访问和控制的场景。比如需要对某个资源进行统计、记录等操作，或者需要对某个对象进行缓存、预加载等操作，使用单例模式可以方便地实现这些功能。

实现单例模式有多种，下面直接介绍线程安全版的局部静态变量的懒汉模式。

简单的 C++ 单例模式的实现示例：

class Singleton 
public:
    static Singleton& getInstance() 
        //局部静态变量会在第一次调用 getInstance() 函数时被初始化，而且在初始化期间是线程安全的。因此，这个实现可以确保线程安全，而无需使用互斥锁或双重检查锁定。
        static Singleton instance; // 懒汉式，使用时才创建,局部静态变量，线程安全
        return instance;
    

private:
    Singleton()  // 将构造函数设为 private，避免外部直接创建对象
    Singleton(const Singleton&) = delete; // 禁止拷贝构造函数
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; // 禁止拷贝赋值运算符
;

在这个实现中，构造函数被设为 private，这意味着外部无法直接创建 Singleton 类的对象。Singleton 类提供了一个公共的静态成员函数 getInstance()，该函数返回 Singleton 类的唯一实例。getInstance() 函数使用了懒汉式的实现方式，在第一次调用时才创建实例。

为了避免通过拷贝构造函数和拷贝赋值运算符创建多个实例，我们将这两个函数设为 deleted，这样就可以确保 Singleton 类的实例始终是唯一的。

使用单例模式可以确保某个类在运行时只有一个实例，从而避免了多个实例之间可能出现的竞态条件或冲突。单例模式在某些情况下很有用，例如全局日志对象或配置文件对象。