C++中的单例模式

Posted 2021-05-01 机械猿

引言

在实现本地保存用户账密信息时遇到了静态实例化的问题，也就是单例模式，这里科普一下。在项目开发中，会遇到这样一种场景，一个类只能有一个对象被创建，如果有多个对象的话，可能会导致状态的混乱和不一致。这种情况下，单例模式是最恰当的解决办法。

单例模式是指程序只提供唯一一个类的实例，具有全局变量的特点，在任何位置都可以通过接口获取到那个唯一实例。具体使用场景如：

1、设备管理器，系统中可能有多个设备，但是只有一个设备管理器，用于管理设备驱动;

2、数据池，用来缓存数据的数据结构，需要在一处写，多处读取或者多处写，多处读取。

类加载顺序

讲述单例模式之前先看一下C++中类加载的顺序：

1、类还没被加载

先执行父类的静态代码块和静态变量初始化，静态代码块和静态变量的执行顺序跟代码中出现的顺序有关；

执行子类的静态代码块和静态变量初始化；

执行父类的实例变量初始化；

执行父类的构造函数；

执行子类的实例变量初始化；

执行子类的构造函数。

注意，加载类的过程是线程私有的，别的线程无法重入。

2、类已被加载

静态代码块和静态变量不会重复执行，后面再次创建该类实例时，只执行与实例相关的变量初始化和构造方法。

 实现方式

单例模式实现有饿汉模式、懒汉模式两种。

饿汉模式：在类被加载的时候就完成了实例化，属于线程安全的实现方式。

class singleton{protected: singleton(){};private: static singleton* m_instance;public: static singleton* initance();};singleton* singleton:: m_instance = new singleton;singleton* singleton::initance(){ return m_instance;}

饿汉模式是典型的异空间换取时间策略，在实例化m_instance变量时，直接调用类的构造函数，不管m_instance有没有被使用。

懒汉模式：当程序第一次访问单件模式实例时才进行创建。

#include <pthread.h>class Singleton{ private: static Singleton* m_instance; //指向唯一实例的静态私有指针  static pthread_mutex_t mutex; Singleton(){}; //构造函数为私有函数，因此外部无法创建该类的实例 Singleton(const Singleton&){}; //禁止拷贝 Singleton& operator=(const Singleton&){};//禁止赋值public: static Singleton* getInstance(); //外界唯一可以获取该实例的接口}static Singleton* getInstance() //静态函数只能在类外实现{ if (m_instance== nullptr) //只有在使用的时候才会实例化 { pthread_mutex_lock(&mutex); {      if (m_instance == nullptr) //两次判断是为了多线程安全     { Singleton*tmp = new Singleton(); //使用中间变量，确保构造函数运行完毕，初始化完成  m_instance= tmp;      } }  pthread_mutex_unlock(&mutex); } return m_instance; } Singleton pthread_mutex_tmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;Singleton* m_instance = nullptr;      

在Linux下还可以使用pthread_once()来确保进程中某个函数制备执行一次，感兴趣的可以用pthread_once实现单例模式。