c++单例模式

Posted 2021-07-11 技术热爱者

单例模式：

单例大约有两种实现方法：懒汉与饿汉。
懒汉：故名思义，不到万不得已就不会去实例化类，也就是说在第一次用到类实例的时候才会去实例化，
饿汉：饿了肯定要饥不择食。所以在单例类定义的时候就进行实例化。
（1）饿汉

饿汉单例，即在最开始的时候，静态对象就已经创建完成；
设计方法是类中包含一个静态成员指针，该指针指向该类的一个对象，提供一个公有的静态成员方法，返回该对象指针；为了使得对象唯一，还需要将构造函数设为私有，代码如下：

class Sigletion
{
	//构造函数为私有；
 
	Sigletion()
	{
		cout << "Sigletion()" <<endl;
	}
 
	static Sigletion * intance; //静态成员，指向Sigletion对象的指针。
 
public:
	//提供静态共有方法，可以使用类名加域名进行访问，返回对象指针；
	static Sigletion* GetSigletion()
	{
		return intance;
	}
};
 
Sigletion* Sigletion:: intance = new Sigletion;

测试代码：

int main()
{
	/*我们注意到，在刚进入main函数，我们就打印了一句“”main begin“”，为什么要在这里加入一句输出语句呢？
	因为我们此时的单例模式采用的是饿汉单例，所以，哪怕你还没用到我这个对象，我也会先创建一个出来，
	先占着，即所谓的饿汉，其实就是类似于全局变量的构造是在进入main函数之前的原理，*/
 
	cout << "main begin" <<endl; //验证静态对象的创建在main之前。
 
	//验证无法创建实例。
	//Sigletion tmp;
	//Sigletion *ptr = new Sigletion;
 
	//调用共有的静态成员方法
	Sigletion *ptr = Sigletion::GetSigletion();
	Sigletion *ptr2 = Sigletion::GetSigletion();
	if (ptr == ptr2)
	{
		cout << "yes" <<endl;
	}
	else
	{
		cout << "no"<<endl;
	}
 
	cout << "hello..." <<endl;
	system("pause");
	return 0;
}

单例的饿汉实现是线程安全的，因为对象在使用前就已经创建出来了

(2）懒汉：

所谓懒汉模式，就是尽可能晚的创建这个对象的实例，即在单例类第一次被引用时将自己初始化；其实C++里很多地方都是类似这样的思想，比如晚绑定，写时拷贝技术等，就是尽量使资源的利用最大化，不要让空闲的人还占着有限的资源。

class Sigletion2
{
	Sigletion2()
	{
		cout << "Sigletion2()" <<endl;
	}
 
	static Sigletion2* intance2;
 
public:
 
	static Sigletion2* GetSigletion2()
	{
		if (intance2 == NULL)
		{
			intance2 = new Sigletion2();
			cout << "it is once" <<endl;
		}
		else
		{
			cout << "it is not once" <<endl;
		}
		return intance2;
 
	}
 
};
 
Sigletion2* Sigletion2:: intance2 = NULL;  //先初始化为空，等真正用上这个单例的时候再创建这个例。

（3）懒汉的线程安全问题：

如果此时多线程进行操作，简单点以两个线程为例，假设pthread_1刚判断完 intance 为NULL 为真，准备创建实例的时候，切换到了pthread_2, 此时pthread_2也判断intance为NULL为真，创建了一个实例，再切回pthread_1的时候继续创建一个实例返回，那么此时就不再满足单例模式的要求了， 既然这样，是因为多线程访问出的问题，那我们就来加把锁，使得线程同步；

class singleton
{
private:
	singleton()
	{
		pthread_mutex_init(&mutex);
	}
 
	static singleton* p;
	static pthread_mutex_t mutex;
public:
	static singleton* initance()
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		if (p == NULL)
		{
			p = new singleton();
		}
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
 
		return p;
	}
};
 
pthread_mutex_t singleton::mutex;
singleton* singleton::p = NULL;

那么我们这样写的代码是没有问题的，但是效率可能有点低，因为加锁是一个非常耗时的操作，没有必要每次都要加锁解锁，只有刚开始创建对象的时候需要加锁。如果对象都
创建出来了，就没必要加锁解锁了，直接返回这个对象的指针。

class singleton
{
private:
	singleton()
	{
		pthread_mutex_init(&mutex);
	}
 
	static singleton* p;
	static pthread_mutex_t mutex;
public:
	static singleton* initance()
	{
		if (p == NULL)   //p != NULL,说明对象已经创建出来了，直接返回对象的指针，没必要在加锁解锁浪费时间。
		{
			pthread_mutex_lock(&mutex);
			if (p == NULL)
			{
				p = new singleton();
			}
			pthread_mutex_unlock(&mutex);
		}
		return p;
	}
};
 
pthread_mutex_t singleton::mutex;
singleton* singleton::p = NULL;

允许可变数目的实例，基于单例模式我们可以扩展，使用与单例控制相似的方法来获得指定个数的对象实例。（即单例类内有多个静态对象指针成员，每次当单例类被引用时随机分配一个实例对象）；

单例模式的适用场景
（1）系统只需要一个实例对象，或者考虑到资源消耗的太大而只允许创建一个对象。
（2）客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该访问点之外不允许通过其它方式访问该实例 (就是共有的静态方法)。