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單例模式(C++)

創建時間:2018-12-14 16:55:40.0 來源:黑馬程序員技術社區

單例模式是設計模式中最簡單的形式之一。這一模式的目的是使得類的一個對象成為系統中的唯一實例。要實現這一點,可以從客戶端對其進行實例化開始。因此需要用一種只允許生成對象類的唯一實例的機制,“阻止”所有想要生成對象的訪問。使用工廠方法來限制實例化過程。這個方法應該是靜態方法(類方法),因為讓類的實例去生成另一個唯一實例毫無意義。<來自百度百科>

簡單地說,單例模式表示的含義是某一個類, 在一個進程中只能有唯一的一個對象(實例), 并且在語法角度上進行制約.

單例模式要點

某個類只能有一個實例

單例模式的類只提供私有的構造函數,禁止使用拷貝構造函數或者賦值運算符來創建新的對象


它必須自行創建這個實例

類定義中,含有一個該類的靜態私有對象,既保證所有的實例只有一個成員變量,那么等同于這個類只有一個對象


他必須自行向整個系統提供這個實例

該類提供一個靜態的公有的函數用于創建或獲取它本身的靜態私有對象



單例模式用途

剛開始接觸單例模式的時候,并不知道單例模式的用途是什么,但是其實使用單例模式的地方還是很多的,比如:

每臺計算機可以有若干個打印機,但只能有一個Printer Spooler, 以避免兩個打印作業同時輸出到打印機中。

一個系統只能有一個窗口管理器或文件系統;

一個系統只能有一個計時工具或ID(序號)生成器;


如在Windows中就只能打開一個任務管理器。如果不使用機制對窗口對象進行唯一化,將彈出多個窗口,如果這些窗口顯示的內容完全一致,則是重復對象,浪費內存資源;如果這些窗口顯示的內容不一致,則意味著在某一瞬間系統有多個狀態,與實際不符,也會給用戶帶來誤解,不知道哪一個才是真實的狀態。因此有時確保系統中某個對象的唯一性即一個類只能有一個實例非常重要。

所以: 當實例存在多個會引起程序邏輯錯誤的時候,請使用單例模式

單例模式的優點

單例模式會阻止其他對象實例化其自己的單例對象的副本,從而確保所有對象都訪問唯一的實體

因為類控制了實例化過程,所以類可以靈活更改實例化過程


單例模式缺點

雖然數量很少,但是如果每次對象請求引用的時候都要檢查是否存在類的實例,仍需要一些開銷;

懶漢模式以時間換空間;

餓漢模式以空間換時間;


單例模式常見兩種形式餓漢模式

餓漢模式就是一開始就將資源加再進來,可以說是一空間換時間的一種做法,每次使用的時候直接返回就好了



//餓漢模式



class Singleton



{



protected:



    Singleton(){} // 設置為保護便于被繼承



private:



    Singleton(const Singleton& s) = delete; // 防拷貝(注:delete是c++11中的語法)



    Singleton* operator=(const Singleton& s) = delete; // 防賦值



private:



    static Singleton* p;



public:



    static Singleton* getInstance();



};







Singleton* Singleton::p = new Singleton(); // 第一次常見類就給分配資源







Singleton* Singleton::getInstance()



{



    return p;



}


注意: 餓漢模式不存在線程安全的問題

懶漢模式

懶漢模式就是等到實例化對象的時候才將資源加載進來,可以說是以時間換空間的做法

經典懶漢模式(線程不安全)

class Singleton



{



protected:



    Singleton(){} //將構造函數設置為保護,便于其他類繼承



private:



    Singleton(const Singleton& s) = delete; // 實現防拷貝



    Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete; // 實現防賦值



public:



    static Singleton* getInstance();



private:



    static Singleton* p;



};







Singleton* Singleton::p = NULL;



Singleton* Singleton::getInstance()



{



    if(p == NULL)



    {// 在第一次調用的時候才去new一個對象



        p = new Singleton();



    }



    return p;



}


線程安全的懶漢模式

class Singleton



{



protected:



    Singleton()



    {// 初始化互斥鎖



        pthread_mutex_init(&lock_,NULL);



    }



private:



    Singleton(const Singleton& s) = delete; // 實現防拷貝



    Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete; // 實現防賦值



public:



    static pthread_mutex_t lock_;



    static Singleton* getInstance();



private:



    static Singleton* p; //加volatile防止編譯器過度優化



};







pthread_mutex_t Singleton::lock_;



Singleton* Singleton::p = NULL;



Singleton* Singleton::getInstance()



{



    if(p == NULL)



    {



        pthread_mutex_lock(&lock_);



        if(p == NULL)



        {



            p = new Singleton();



        }



        pthread_mutex_unlock(&lock_);



    }



    return p;



}


內部靜態變量實現懶漢模式

class Singleton



{



protected:



    Singleton()



    {



        pthread_mutex_init(&lock_,NULL);



    }



private:



    Singleton(const Singleton& s) = delete;



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



public:



    static pthread_mutex_t lock_;



    static Singleton* getInstance();



};







pthread_mutex_t Singleton::lock_;



Singleton* Singleton::getInstance()



{



    pthread_mutex_lock(&lock_);



    static Singleton obj;



    pthread_mutex_unlock(&lock_);



    return &obj;



}


特點與選擇

由于要進行線程同步,所以在訪問量比較大,或者可能訪問的線程比較多時,采用餓漢實現,可以實現更好的性能。這是以空間換時間。

在訪問量較小時,采用懶漢實現。這是以時間換空間。

面試的時候,就寫餓漢模式吧,畢竟簡單

作者:黑馬程序員C++培訓學院    
首發:http://c.itheima.com/?v2
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