zoukankan      html  css  js  c++  java
  • C++的单例模式

    单例模式可能是使用最广泛的设计模式,其意图是保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

    单例模式有很多实现方法,在C++中,甚至可以直接用一个全局变量做到这一点,但是这样的代码显得很不优雅。《设计模式》一书中给出了一种很不错的实现,定义一个单例类,使用类的私有静态指针变量指向类的唯一实例,并用一个公有的静态方法获得该实例。

    class CSingleton
    {
    private:
        CSingleton()   //构造函数是私有的
        {
        }
        static CSingleton *m_pInstance;
    public:
        static CSingleton * GetInstance()
        {
            if(m_pInstance == NULL)  //判断是否第一次调用
                m_pInstance = new CSingleton();
            return m_pInstance;
        }
    };

    用户访问唯一实例的方法只有GetInstance()成员函数,如果不通过这个函数,任何创建实例的尝试都会失败,因为类的构造函数是私有的。GetInstance()使用懒惰初始化,也就是说它的返回值只有在这个函数首次被访问时被创建。这是一种防弹设计——所有GetInstance()之后的调用都返回相同的实例指针:

    CSingleton* p1 = CSingleton :: GetInstance();
    CSingleton* p2 = p1->GetInstance();
    CSingleton & ref = * CSingleton :: GetInstance();
    对GetInstance稍加修改,这个设计模板便可以适用于可变多实例情况,如一个类允许最多五个实例。

    有经验的读者可能会问,m_pInstance指向的空间什么时候释放?更严重的问题是,该实例的析构函数什么时候调用?
    可以在程序结束时调用GetInstance(),并对返回的指针调用delete操作。这样这可以实现功能,但不仅丑陋,而且容易出错。

    一个妥善的办法是让这个类自己知道在合适的时候自己删除,或者说把删除自己的操作挂在操作系统某个合适的点上。我们知道,程序在结束的时候,系统会析构所有的全局变量。事实上,系统也会析构所有类的静态成员变量,就像这些静态成员也是全局变量一样。利用这个特性,我们可以在单例类中定义这样一个静态成员变量,而它的唯一工作就是在析构函数中删除单例类的实例。如下面代码中的CGarbo类。

    class CSingleton
    {
    private:
        CSingleton()
        {
        }
        static CSingleton *m_pInstance;
        class CGarbo   //它的唯一工作就是在析构函数中删除CSingleton的实例
        {
        public:
            ~CGarbo()
            {
                if(CSingleton::m_pInstance)
                    delete CSingleton::m_pInstance;
            }
        };
        static CGarbo Garbo;  //定义一个静态成员变量,程序结束时,系统会自动调用它的析构函数
    public:
        static CSingleton * GetInstance()
        {
            if(m_pInstance == NULL)  //判断是否第一次调用
                m_pInstance = new CSingleton();
            return m_pInstance;
        }
    };

    类CGarbo被定义为CSingleton的私有嵌套类,以防止该类在其他地方被滥用。程序运行结束时,系统会调用CSingleton的静态成员Garbo的析构函数,该析构函数会删除单例的唯一实例。

    进一步讨论,

    但是添加一个类的静态对象,总是让人不太满意,所以有人用如下方法来重新实现单例和解决它相应的问题,代码如下:

    class CSingleton
    {
    private:
        CSingleton()   //构造函数是私有的
        {
        }
    public:
        static CSingleton & GetInstance()
        {
            static CSingleton instance;   //局部静态变量
            return instance;
        }
    };

    使用局部静态变量,非常强大的方法,完全实现了单例的特性,而且代码量更少,也不用担心单例销毁问题。

    但使用此种方法也会出现问题,当如下方法使用单例时问题来了:

    Singleton singleton = Singleton :: GetInstance();

    这么做就出现了一个类拷贝的问题,这就违背了单例的特性。产生这个问题原因在于:编译器会为类生成一个默认的构造函数,来支持类的拷贝。

    最后没有办法,我们要禁止类拷贝和类赋值,禁止程序员用这种方法来使用单例,比如返回一个指针

    class CSingleton
    {
    private:
        CSingleton()   //构造函数是私有的
        {
        }
    public:
        static CSingleton * GetInstance()
        {
            static CSingleton instance;   //局部静态变量
            return &instance;
        }
    };

    可以直接让编译器不这么干吗?这时我才想起可以显示的声明类拷贝的构造函数,和重载 = 操作符,新的单例类如下:

    class CSingleton
    {
    private:
        CSingleton()   //构造函数是私有的
        {
        }
        CSingleton(const CSingleton &);
        CSingleton & operator = (const CSingleton &);
    public:
        static CSingleton & GetInstance()
        {
            static CSingleton instance;   //局部静态变量
            return instance;
        }
    };

    关于Singleton(const Singleton &);和 Singleton & operate = (const Singleton&);函数,需要声明成私有的,并且只声明不实现。这样,如果用上面的方式来使用单例时,不管是在友元类中还是其他的,编译器都是报错。

    考虑到线程安全、异常安全,可以做以下扩展:

    class Lock
    {
    private:       
        CCriticalSection m_cs;
    public:
        Lock(CCriticalSection  cs) : m_cs(cs)
        {
            m_cs.Lock();
        }
        ~Lock()
        {
            m_cs.Unlock();
        }
    };
     
    class Singleton
    {
    private:
        Singleton();
        Singleton(const Singleton &);
        Singleton& operator = (const Singleton &);
     
    public:
        static Singleton *Instantialize();
        static Singleton *pInstance;
        static CCriticalSection cs;
    };
     
    Singleton* Singleton::pInstance = 0;
     
    Singleton* Singleton::Instantialize()
    {
        if(pInstance == NULL)
        {   //double check
            Lock lock(cs);           //用lock实现线程安全,用资源管理类,实现异常安全
            //使用资源管理类,在抛出异常的时候,资源管理类对象会被析构,析构总是发生的无论是因为异常抛出还是语句块结束。
            if(pInstance == NULL)
            {
                pInstance = new Singleton();
            }
        }
        return pInstance;
    }

    之所以在Instantialize函数里面对pInstance 是否为空做了两次判断,因为该方法调用一次就产生了对象,pInstance == NULL 大部分情况下都为false,如果按照原来的方法,每次获取实例都需要加锁,效率太低。而改进的方法只需要在第一次 调用的时候加锁,可大大提高效率。


    ————————————————
    版权声明:本文为CSDN博主「hackbuteer1」的原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
    原文链接:https://blog.csdn.net/Hackbuteer1/article/details/7460019

  • 相关阅读:
    HDU 5528 Count a * b 欧拉函数
    HDU 5534 Partial Tree 完全背包
    HDU 5536 Chip Factory Trie
    HDU 5510 Bazinga KMP
    HDU 4821 String 字符串哈希
    HDU 4814 Golden Radio Base 模拟
    LA 6538 Dinner Coming Soon DP
    HDU 4781 Assignment For Princess 构造
    LA 7056 Colorful Toy Polya定理
    LA 6540 Fibonacci Tree
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/lfri/p/12733469.html
Copyright © 2011-2022 走看看