小明的购物车（单例模式）

题目描述：
小明去了一家大型商场，拿到了一个购物车，并开始购物。请你设计一个购物车管理器，记录商品添加到购物车的信息（商品名称和购买数量），并在购买结束后打印出商品清单。（在整个购物过程中，小明只有一个购物车实例存在）。

输入描述：
输入包含若干行，每行包含两部分信息，分别是商品名称和购买数量。商品名称和购买数量之间用空格隔开。

输出描述：
输出包含小明购物车中的所有商品及其购买数量。每行输出一种商品的信息，格式为 "商品名称 购买数量"。

本道题目请使用单例设计模式： 

使用私有静态变量来保存购物车实例。

使用私有构造函数防止外部直接实例化。

我们来看代码：
 

#include<iostream>
#include<unordered_map>
#include<vector>
#include<string>
using namespace std;

class ShoppingCartManager
{
private:
	unordered_map<string, int>cart;
	vector<string>order;

	//私有构造函数
	ShoppingCartManager(){}

public:
	//获取购物车实例
	static ShoppingCartManager* getInstance()
	{
		static ShoppingCartManager Instance;
		return &Instance;
	}

	//添加商品
	void addToCart(const string& itemName, int quantity)
	{
		if (cart.find(itemName) == cart.end())//如果之前没买过
		{
			order.emplace_back(itemName);
		}
		cart[itemName] += quantity;
	}

	//查看商品
	void viewCart()const
	{
		for (const auto& itemName : order)
		{
			cout << itemName << " " << cart.at(itemName) << endl;
		}
	}
};

int main()
{
	string itemName;
	int quantity;

	ShoppingCartManager* cart = ShoppingCartManager::getInstance();

	while (cin >> itemName >> quantity)
	{
		cart->addToCart(itemName, quantity);
	}

	cart->viewCart();

	return 0;
}

上述代码的static ShoppingCartManager*getInstance()函数该怎么理解？

static ShoppingCartManager* getInstance()
{
    static ShoppingCartManager Instance; // 静态局部变量，只会初始化一次
    return &Instance; // 返回实例的指针
}

static ShoppingCartManager* getInstance() 是一个典型的 单例模式（Singleton Pattern） 的实现。它的作用是确保整个程序中只有一个 ShoppingCartManager 的实例，并提供全局访问点来获取这个实例。

单例模式的核心思想

单例模式是一种设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个实例。这在某些场景下非常有用，比如管理全局状态（如购物车、配置管理器等）。

1. static 关键字的作用

（1）在函数内部：static ShoppingCartManager Instance; 表示 Instance 是一个静态局部变量。静态局部变量的生命周期是整个程序运行期间，且只会被初始化一次。

（2）在函数返回值类型前：static ShoppingCartManager* 表示这个函数是一个静态成员函数。静态成员函数属于类本身，而不是类的某个对象，因此可以直接通过类名调用（如 ShoppingCartManager::getInstance()）。

2. 为什么使用静态局部变量？

(1)唯一性：静态局部变量只会被初始化一次，因此无论 getInstance() 被调用多少次，Instance 只会被创建一次。

(2)延迟初始化：Instance 只有在第一次调用 getInstance() 时才会被创建，而不是在程序启动时就创建。这称为 懒汉模式（Lazy Initialization）。

3. 为什么返回指针？

(1)返回指针是为了避免对象被复制。如果返回对象本身，可能会导致意外的对象拷贝，破坏单例的唯一性。

(2)返回指针也方便在需要时传递实例的地址。

4. 如何使用 getInstance()

在 main 函数中，我们可以这样使用：

ShoppingCartManager* cart = ShoppingCartManager::getInstance();

• 这里 cart 是一个指向 ShoppingCartManager 实例的指针，无论你在程序的哪个地方调用 getInstance()，它都会返回同一个实例。

5. 单例模式的优点

(1)全局唯一：确保整个程序中只有一个实例。

(2)全局访问：可以通过 getInstance() 在任何地方访问这个实例。

(3)延迟初始化：实例只有在第一次使用时才会被创建，节省资源。

6. 单例模式的缺点

(1)全局状态：单例模式引入了全局状态，可能会导致代码难以测试和维护。

(2)线程安全问题：在多线程环境下，如果没有正确处理，可能会导致多个线程同时创建实例。

示例代码的运行流程

1. 第一次调用 getInstance() 时：

   (1)静态局部变量 Instance 被创建。(2)返回 Instance 的地址。

2. 后续调用 getInstance() 时：

   直接返回之前创建的 Instance 的地址。

总结

static ShoppingCartManager* getInstance() 的作用是：

(1)确保 ShoppingCartManager 只有一个实例。

(2)提供一个全局访问点来获取这个实例。

(3)使用静态局部变量实现延迟初始化和线程安全。