单例模式探索

Posted 2020-08-02 AscenZ

 

单例模式OC/C++探索

以前写OC中的单例很固定，一直都这样写，后来我就把它放在快捷代码块里面，只要输入singleton就直接输出这段代码

+ (instancetype)instance
{
    static Class *sharedInstance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        sharedInstance = [[self alloc] init];
    });
    return sharedInstance;
}

一直这样写，并没有关注内部实现
这两天一直在复习C++，然后看到了C++的单例模式，发现内部实现还是挺有讲究的

先来看OC中的
这个方法刚学OC的时候就记下来了
void dispatch_once( dispatch_once_t *predicate, dispatch_block_t block);

官方文档的解释是，这个方法让block里面的代码在整个应用的生命周期里只执行一次，如果多线程同时调用，这个函数会让线程在block执行完之前都会同步地等待。只执行一次，顺带帮我们解决多线程问题，这是苹果帮我们封装好的，官方也建议用来写单例的方法！！

然后来看C++的

Class Singleton {
private:
 //构造函数
 Singleton();

 //静态对象
 static Singleton* instance;

public:
 static Singleton* getInstance {
  if(instance == NULL)
   instance = new Singleton();
  return instance;
 }
}

首先，我们要把构造方法设置private，让别人无法调用构造方法
C++的静态对象和方法就像OC中的类的类对象和方法，类似在OC中是以+开头的方法
把instance和getInstance方法都设为静态，让类直接调用

这是一种实现方法，但是并没有考虑到线程安全
在getInstance()方法应该上锁

static Singleton* getInstance {
 lock(); //这里不实现上锁方法，只是探讨单例模式
 if(instance == NULL)
  instance = new Singleton();
 unlock(); //伪
　return instance;
}

这样是可行的，但是每次getInstance都要加上同步锁，加锁是非常耗时的操作，没有必要的时候应该尽量避免。

进一步完善，当instance还没有创建的时候才需要加锁，等第二个线程上锁的时候再判断一次是否已经创建了instance

static Singleton* getInstance {
 if(instance == NULL){
  lock(); //伪
  if(instance == NULL)
   instance = new Singleton();
  unlock(); //伪
 }
　return instance;
}

另外，要保证只能从单例方法获取单例，不能赋值和拷贝
所以要声明赋值和拷贝方法，但是不实现

Singleton(const Singleton&){};
Singleton&operator=(const Singleton&){};

在C++11也可以这样

Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton&operator=(const Singleton&) = delete;

所以这是一种比较好的实现方法

Class Singleton {
private:
 //构造函数
 Singleton();

 //静态对象
 static Singleton* instance;

 //赋值和拷贝方法
 Singleton(const Singleton&){};
 Singleton&operator=(const Singleton&){};

public:
 static Singleton* getInstance {
  if(instance == NULL){
   lock(); //伪
   if(instance == NULL)
    instance = new Singleton();
   unlock(); //伪
  }
 }
　return instance;
}

关于类的静态成员

在C++中，静态成员不属于类的任何一个对象，所以它们并不是在创建类的对象时被定义的，它们不是由类的构造函数初始化的，一般来说不能再累的内部初始化静态成员，必须在类的外部定义和初始化每个静态成员，类似于全局变量，静态成员定义在任何函数之外，一旦被定义，将一直存在于成员的整个生命周期中
我们可以利用整个特性来写单例模式

class Singleton {
private:
 Singleton();
 static Singleton* instance;
public:
 static Singleton* getInstance{

  return instance;
 }
}
//然后在类外初始化
Singleton* Singleton::instance = new Singleton();

这种方法更加简洁，并且也是线程安全的，因为除了函数里面的静态变量，其他的静态变量都是在main函数之前就创建好了，单线程创建的，参考stackoverflow上的一个回答

在C#中可以直接在类内初始化

public sealed class Singleton {
 private Singleton(){}
 private static Singleton instance = new Singleton();
 public static Singleton getInstance {
  get
  {
   return instance;
  }
 }
}

这种方法比上一种二重锁的方法性能要更好
在C#中还有更好的方法

public sealed class Singleton {
 Singleton(){}
 public static Singleton getInstance{
  get {
   return Nested.instance;
  }
 }
 Class Nested{
  static Nested(){}
  internal static readonly Singleton instance = new Singleton();
 }
}

嵌套类，当用到Nested类的时候才会调用构造方法创建instance
由于无法实现类内初始化instance，所以这种方法我还不知道C++怎么实现
以上方法都是参考自剑指Offer

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