設計模式 單例模式 Singleton

2021-10-05 11:08:29 字數 3936 閱讀 9709

2. 單例模式的實現

3. 致謝

單例模式：保證乙個類僅有乙個例項，並提供乙個訪問他的全域性訪問點。[dp]

通常我們可以定義乙個全域性變數使得物件被訪問，但它不能防止你例項化多個物件。乙個最好的方法就是，讓類自身負責儲存它的唯一例項。這個類可以保證沒有其他例項可以被建立，並且它可以提供乙個訪問該類例項的方法。

單例模式的實現分為懶漢式和餓漢式：

運用場景舉例如下：

裝置管理器，系統中可能有多個裝置，但是只有乙個裝置管理器，用於管理裝置驅動；

資料池，用來快取資料的資料結構，需要在一處寫，多處讀取或者多處寫，多處讀取。

class


singleton


singleton


(const singleton&)=


delete


; singleton&


operator=(


const singleton&)=


delete


;public


:static singleton*


getinstance()


return m_pinstance;


}private


:static singleton* m_pinstance;};


singleton* singleton::m_pinstance =


nullptr


;
上述懶漢式模式存在的問題：

針對上述問題，第一條我們可以通過加鎖解決，第二條我們可以通過使用智慧型指標來解決。因此有了以下實現。

#include


#include


class


singleton


singleton


(const singleton&)=


delete


; singleton&


operator=(


const singleton&)=


delete


;public


:static std::shared_ptr


getinstance()


}return m_pinstance;


}private


:static std::shared_ptr m_pinstance;


static std::mutex m_mutex;};


std::shared_ptr singleton::m_pinstance =


nullptr


;std::mutex singleton::m_mutex;
上述方式也還是有問題的，使用了智慧型指標要求使用者也使用智慧型指標，這可以通過從智慧型指標中獲取原始指標並返回原始指標來解決，但是，必須保證使用者在外部不要呼叫delete，且不再用智慧型指標二次包裝原始指標，否則也會引發問題。

另外，在某些平台（與編譯器和指令集架構有關），雙檢鎖會失效！

針對上述問題，結合c++11特性，有了以下實現。

class


singleton


singleton


(const singleton&)=


delete


; singleton&


operator=(


const singleton&)=


delete


;public


:static singleton&


getinstance()


};
上述**一次解決了多執行緒問題，記憶體安全問題，並且利用c++靜態變數的生存期是從宣告開始到程式結束的特性。該方式是最推薦方式。

餓漢式的實現相對簡單，**如下：

class


singleton


singleton


(const singleton&)=


delete


; singleton&


operator=(


const singleton&)=


delete


;public


:static singleton&


getinstance()


private


:static singleton m_instance;};


singleton singleton::m_instance;
上述實現方式在類載入時初始化例項物件，並直到程式結束，不管使用者需要還是不需要該單例，稱為餓漢式單例，增加了記憶體占用，是一種以空間換時間的方式。

template


<


typename t>


class


singleton


singleton


(const singleton&)=


delete


; singleton&


operator=(


const singleton&)=


delete


;public


:virtual


~singleton()


static t&


getinstance()


};class


derivedsingle


:public singleton


derivedsingle


(const derivedsingle&)=


delete


; derivedsingle&


operator=(


const derivedsingle&)=


delete;}


;int


main


(int argc,


char


* ar**)
上述**需要在子類中將基類宣告為友元，這樣才能呼叫子類的私有建構函式，使用起來較為不便。在 stackoverflow上， 有大神給出了不需要在子類中宣告友元的方法，在這裡一併放出;精髓在於使用乙個**類 token，子類建構函式需要傳遞token類才能構造，但是把 token保護其起來， 然後子類的建構函式就可以是公有的了，這個子類只有 derived(token)的這樣的建構函式，這樣使用者就無法自己定義乙個類的例項了，起到控制其唯一性的作用。改進如下：

template


<


typename t>


class


singleton


singleton


(const singleton&)=


delete


; singleton&


operator=(


const singleton&)=


delete


;public


:virtual


~singleton()


static t&


getinstance()


;return instance;


}protected


:struct token ;}


;class


derivedsingle


:public singleton


derivedsingle


(const derivedsingle&)=


delete


; derivedsingle&


operator=(


const derivedsingle&)=


delete;}


;int


main


(int argc,


char


* ar**)

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