單例模式(C++)

單例模式是設(shè)計(jì)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(gè)對象成為系統(tǒng)中的唯一實(shí)例。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以從客戶端對其進(jìn)行實(shí)例化開始。因此需要用一種只允許生成對象類的唯一實(shí)例的機(jī)制，“阻止”所有想要生成對象的訪問。使用工廠方法來限制實(shí)例化過程。這個(gè)方法應(yīng)該是靜態(tài)方法（類方法），因?yàn)樽岊惖膶?shí)例去生成另一個(gè)唯一實(shí)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(gè)類, 在一個(gè)進(jìn)程中只能有唯一的一個(gè)對象(實(shí)例), 并且在語法角度上進(jìn)行制約.

單例模式要點(diǎn)

某個(gè)類只能有一個(gè)實(shí)例

單例模式的類只提供私有的構(gòu)造函數(shù),禁止使用拷貝構(gòu)造函數(shù)或者賦值運(yùn)算符來創(chuàng)建新的對象

它必須自行創(chuàng)建這個(gè)實(shí)例

類定義中,含有一個(gè)該類的靜態(tài)私有對象,既保證所有的實(shí)例只有一個(gè)成員變量,那么等同于這個(gè)類只有一個(gè)對象

他必須自行向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例

該類提供一個(gè)靜態(tài)的公有的函數(shù)用于創(chuàng)建或獲取它本身的靜態(tài)私有對象

單例模式用途

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

每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干個(gè)打印機(jī)，但只能有一個(gè)Printer Spooler， 以避免兩個(gè)打印作業(yè)同時(shí)輸出到打印機(jī)中。

一個(gè)系統(tǒng)只能有一個(gè)窗口管理器或文件系統(tǒng);

一個(gè)系統(tǒng)只能有一個(gè)計(jì)時(shí)工具或ID(序號(hào))生成器;

如在Windows中就只能打開一個(gè)任務(wù)管理器。如果不使用機(jī)制對窗口對象進(jìn)行唯一化，將彈出多個(gè)窗口，如果這些窗口顯示的內(nèi)容完全一致，則是重復(fù)對象，浪費(fèi)內(nèi)存資源；如果這些窗口顯示的內(nèi)容不一致，則意味著在某一瞬間系統(tǒng)有多個(gè)狀態(tài)，與實(shí)際不符，也會(huì)給用戶帶來誤解，不知道哪一個(gè)才是真實(shí)的狀態(tài)。因此有時(shí)確保系統(tǒng)中某個(gè)對象的唯一性即一個(gè)類只能有一個(gè)實(shí)例非常重要。

所以: 當(dāng)實(shí)例存在多個(gè)會(huì)引起程序邏輯錯(cuò)誤的時(shí)候,請使用單例模式

單例模式的優(yōu)點(diǎn)

單例模式會(huì)阻止其他對象實(shí)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(shí)體

因?yàn)轭惪刂屏藢?shí)例化過程,所以類可以靈活更改實(shí)例化過程

單例模式缺點(diǎn)

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

懶漢模式以時(shí)間換空間;

餓漢模式以空間換時(shí)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(jìn)來,可以說是一空間換時(shí)間的一種做法,每次使用的時(shí)候直接返回就好了

//餓漢模式



class Singleton



{



protected:



    Singleton(){} // 設(shè)置為保護(hù)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(shí)例化對象的時(shí)候才將資源加載進(jìn)來,可以說是以時(shí)間換空間的做法

經(jīng)典懶漢模式(線程不安全)

class Singleton



{



protected:



    Singleton(){} //將構(gòu)造函數(shù)設(shè)置為保護(hù),便于其他類繼承



private:



    Singleton(const Singleton& s) = delete; // 實(shí)現(xiàn)防拷貝



    Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete; // 實(shí)現(xiàn)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(diào)用的時(shí)候才去new一個(gè)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(shí)現(xiàn)防拷貝



    Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete; // 實(shí)現(xiàn)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(yōu)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(nèi)部靜態(tài)變量實(shí)現(xiàn)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(diǎn)與選擇

由于要進(jìn)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(shí)，采用餓漢實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)更好的性能。這是以空間換時(shí)間。

在訪問量較小時(shí)，采用懶漢實(shí)現(xiàn)。這是以時(shí)間換空間。

面試的時(shí)候,就寫?zhàn)I漢模式吧,畢竟簡單

作者：黑馬程序員C++培訓(xùn)學(xué)院    
首發(fā)：http://c.itheima.com/?v2