C++设计模式--单例模式

最新推荐文章于 2024-12-11 15:02:21 发布
原创 最新推荐文章于 2024-12-11 15:02:21 发布 · 208 阅读 · 0 ·
CC 4.0 BY-SA版权
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

本文深入探讨C++中的单例模式，解析其确保单一实例和全局访问点的设计原理，对比“饿汉式”与“懒汉式”的实现差异，以及如何解决内存泄露和线程安全问题。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

单件模式（单例模式）确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

                                                                                                                                                            --《Head First设计模式》

单例模式三个特点：

  1. 保证全局只有一个类实例
  2. 该唯一实例只能由该类自行创建
  3. 必须向整个程序提供全局获取对象的访问点

单例模式优点：

  1. 全局只有一个该类的对象，节省了内存
  2. 避免重复生成和销毁类对象，提高了性能
  3. 唯一的类对象，保证了数据的正确性

使用场景

一般用于只允许全局唯一的情景，例如注册表，线程池，数据库连接类等，这既可以节省内存又能保证数据正确性。

 

C++单例模式几种写法：

1.“饿汉式”，顾名思义，实例化对象策略总是“迫不及待”的，也就是说不管整个程序是否真的有使用到对象，多会在程序开始时初始化。

“饿汉式”版本一，可能会造成内存泄露

//singleton.h
#ifndef __SINGLETON_H__
#define __SINGLETON_H__

class Singleton
{
private:
    Singleton();
    ~Singleton();

public:
    static Singleton* getInstance();
    void print();

private:
    static Singleton* singleton;
};
#endif
//singleton.cc
#include "singleton.h"

#include <iostream>

Singleton::Singleton()
{
    std::cout << "Singleton create!" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    if (singleton)
        delete singleton;
    
    std::cout << "Singleton destory!" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    return singleton;
}

void Singleton::print()
{
    std::cout << "This is Singleton Pattern" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::singleton = new Singleton();

客户使用：

#include "singleton.h"

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    cout << "main..." << endl;
    Singleton* singleton = Singleton::getInstance();
    singleton->print();
    return 0;
}

Linux下编译运行：

g++ -std=c++11 -o main main.cc singleton.cc
./main

上述的代码中存在内存泄露问题，因为singleton是用new显式生成的，如果要释放必定要显式调用delete。但是往往客户使用时会忘记，而且交由客户管理也不符合逻辑。

改进一：

添加delete方法

void Singleton::deleteSingleton()
{
   if (singleton)
        delete singleton;
}
#include "singleton.h"

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    cout << "main..." << endl;
    Singleton* singleton = Singleton::getInstance();
    singleton->print();
    singleton->deleteSingleton();
    return 0;
}

 

改进二：

改进一中需要客户自己调用析构，也就是说交由客户管理，这不符合逻辑，改由静态变量（而非静态指针），让程序结束时自动释放。

//singleton.h
#ifndef __SINGLETON_H__
#define __SINGLETON_H__

class Singleton
{
private:
    Singleton();
    ~Singleton();

public:
    static Singleton* getInstance();
    void print();
    void deleteSingleton();

private:
    static Singleton singleton;
};
#endif
#include "singleton.h"

#include <iostream>

Singleton::Singleton()
{
    std::cout << "Singleton create!" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    std::cout << "Singleton destory!" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    return &singleton;
}

void Singleton::print()
{
    std::cout << "This is Singleton Pattern" << std::endl;
}

Singleton Singleton::singleton;

 

改进三：

如果非得用静态指针的方式，那么可以内嵌一个静态类进行管理。

#ifndef __SINGLETON_H__
#define __SINGLETON_H__

class Singleton
{
private:
    Singleton();
    ~Singleton();

public:
    static Singleton* getInstance();
    void print();
    void deleteSingleton();

private:
    static Singleton* singleton;
    class SingletonGc
    {
    public:    
        ~SingletonGc()
        {
            if (Singleton::singleton)
                delete Singleton::singleton;
            
        }
    };

    static SingletonGc gc;
};
#endif
Singleton* Singleton::singleton = new Singleton();
Singleton::SingletonGc Singleton::gc;

 

 

2.“懒汉式”，同样由名字可知，对象在需要的时候才会创建。

“懒汉式”版本一：（线程不安全，可能内存泄露）

//singleton.h
#ifndef __SINGLETON_H__
#define __SINGLETON_H__

class Singleton
{
private:
    Singleton();
    ~Singleton();

public:
    static Singleton* getInstance();
    void print();
    void deleteSingleton();

private:
    static Singleton* singleton;
};
#endif

#include "singleton.h"

#include <iostream>

Singleton::Singleton()
{
    std::cout << "Singleton create!" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    std::cout << "Singleton destory!" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    if (singleton == NULL)
        singleton = new Singleton();
    return singleton;
}

void Singleton::print()
{
    std::cout << "This is Singleton Pattern" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::singleton = NULL;

内存泄露解决方案同上。

 

“懒汉式”版本二：（线程安全，效率低下）

#ifndef __SINGLETON_H__
#define __SINGLETON_H__

#include <pthread.h>

class Singleton
{
private:
    Singleton();
    ~Singleton();

public:
    static Singleton* getInstance();
    void print();
    void deleteSingleton();

private:
    static Singleton* singleton;
    static pthread_mutex_t mutex;
};
#endif

#include "singleton.h"

#include <iostream>
#include <pthread.h>

Singleton::Singleton()
{
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    std::cout << "Singleton create!" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    std::cout << "Singleton destroy!" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if (singleton == NULL)
        singleton = new Singleton();
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return singleton;
}

void Singleton::print()
{
    std::cout << "This is Singleton Pattern" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::singleton = NULL;
pthread_mutex_t Singleton::mutex;

 

“懒汉式”版本三：（线程安全，效率高）

#include "singleton.h"

#include <iostream>
#include <pthread.h>

Singleton::Singleton()
{
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    std::cout << "Singleton create!" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    std::cout << "Singleton destroy!" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    if (singleton == NULL){
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (singleton == NULL)
            singleton = new Singleton();
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return singleton;
}

void Singleton::print()
{
    std::cout << "This is Singleton Pattern" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::singleton = NULL;
pthread_mutex_t Singleton::mutex;

 

C++设计模式---单例模式
专注
06-08 1304
由于是在编译时确定的初始化，因此这种方式是线程安全的（在C++11及以后的版本中），并且不需要额外的同步机制。然而，在大多数情况下，这些缺点都是可以接受的，因为单例对象通常代表一些重要的系统资源或功能，需要尽早地初始化。通过单例模式可以创建一个缓存管理器，确保只有一个缓存实例存在，并且可以被多个线程共享，方便全局访问和统一管理缓存。当需要对资源进行集中管理，以确保线程安全的访问时，单例模式是一个不错的选择。当实例化一个类的成本较高，而且只需要一个实例时，可以使用单例模式来避免重复实例化的开销。
C++设计模式-单例模式
hzdxyh的博客
08-07 937
私有化构造函数，以防止外界创建单例类的对象不需用拷贝和赋值，在单例模式中，始终只有一个对象提供一个自身的静态私有成员变量，以指向类的实例使用一个公有的静态方法获取该实例以上列出了几种常见的单例模式方法和实现，推荐使用最后一种，即Meyers Singleton。
C++：设计模式-单例模式
己亥谷雨
11-22 2158
通过方法获取单例实例，这是调用饿汉式单例的标准方式。由于饿汉式实例在程序启动时就被创建，所以你不需要显式地进行实例化操作。饿汉式：简单，适合不需要延迟初始化的场景，程序启动时就创建实例。懒汉式：适合需要延迟初始化的场景，但需要考虑线程安全。线程安全懒汉式：通过加锁保证线程安全，但可能带来性能开销。双重检查锁：线程安全，减少了加锁的频率，但实现复杂。静态局部变量：线程安全，简洁，现代 C++ 中推荐的单例实现方式。在现代 C++ 中，静态局部变量。
c++设计模式-单例模式
weixin_43754049的博客
07-20 993
单例模式是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例而且该实例易于外界访问，从而方便对实例个数的控制并节约系统资源。如果希望在系统中某个类的对象只能存在一个，单例模式是最好的解决方案。输出结果我是饿汉式构造我是main函数两个指针指向同一块内存是单例两个指针指向同一块内存是单例。...
C++---单例模式
qq_59597526的博客
12-11 1012
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，该实例被所有程序模块共享。
C++设计模式代码--单例模式
ylxwk的博客
12-28 1338
单例模式代码及升级版
C++设计模式 - 单例模式
weixin_49303682的博客
08-17 297
1.单例模式的概念 在架构设计时，某些类在整个系统生命期中最多只能有一个对象存在，如何定义一个类，使得这个类最多只能创建一个对象？ 单例模式是一种常见的软件设计模式。它的核心结构只包含一个被称为单例的特殊类。它的目的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，该实例被所有程序模块共享。 2.懒汉式：第一次用到类的实例的时候才回去实例化。 构造函数声明为private或者protect防止被外部函数实例化，内部保存一个private static的类指针保存唯一的实例，实例的动作.
C++设计模式之---单例模式
qq_41920323的博客
09-23 302
但是这种写法性能非常低下，因为每次调用instance()都会加锁释放锁，而这个步骤只有在第一次new Singleton()才是有必要的，只要p被创建出来了，不管多少线程同时访问，使用if (p == nullptr) 进行判断都是足够的（只是读操作，不需要加锁），没有线程安全问题，加了锁之后反而存在性能问题。这是一个非常简单的实现，将构造函数声明为private或protect防止被外部函数实例化，内部有一个静态的类指针保存唯一的实例，实例的实现由一个public方法来实现，该方法返回该类的唯一实例。
【C++】设计模式-单例模式
Jacky_Feng的博客
07-16 1832
单例模式单例模式（Singleton Pattern）是 一种属于创建型设计模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
C++设计模式--基于Qt4开源跨平台开发框架
01-06
《C++设计模式--基于Qt4开源跨平台开发框架》一书主要探讨了如何在C++编程中利用设计模式，并结合Qt4框架进行高效的跨平台应用开发。设计模式是软件工程中的重要概念，它们是经过时间和实践验证的解决特定问题的模板...
mmexport1755325166750.mp4
08-16
mmexport1755325166750.mp4
Go语言教程&案例&相关项目资源
08-16
Go语言教程&案例&相关项目资源
基于应力的多轴疲劳分析应用程序.zip
最新发布
08-16
1.版本：matlab2014a/2019b/2024b 2.附赠案例数据可直接运行。 3.代码特点：参数化编程、参数可方便更改、代码编程思路清晰、注释明细。 4.适用对象：计算机，电子信息工程、数学等专业的大学生课程设计、期末大作业和毕业设计。
### 生物质炉具现场测试污染物排放特征及减排效果评估
08-16
内容概要：该研究通过在黑龙江省某示范村进行24小时实地测试，比较了燃煤炉具与自动/手动进料生物质炉具的污染物排放特征。结果显示，生物质炉具相比燃煤炉具显著降低了PM2.5、CO和SO2的排放（自动进料分别降低41.2%、54.3%、40.0%；手动进料降低35.3%、22.1%、20.0%），但NOx排放未降低甚至有所增加。研究还发现，经济性和便利性是影响生物质炉具推广的重要因素。该研究不仅提供了实际排放数据支持，还通过Python代码详细复现了排放特征比较、减排效果计算和结果可视化，进一步探讨了燃料性质、动态排放特征、碳平衡计算以及政策建议。 适合人群：从事环境科学研究的学者、政府环保部门工作人员、能源政策制定者、关注农村能源转型的社会人士。 使用场景及目标：①评估生物质炉具在农村地区的推广潜力；②为政策制定者提供科学依据，优化补贴政策；③帮助研究人员深入了解生物质炉具的排放特征和技术改进方向；④为企业研发更高效的生物质炉具提供参考。 其他说明：该研究通过大量数据分析和模拟，揭示了生物质炉具在实际应用中的优点和挑战，特别是NOx排放增加的问题。研究还提出了多项具体的技术改进方向和政策建议，如优化进料方式、提高热效率、建设本地颗粒厂等，为生物质炉具的广泛推广提供了可行路径。此外，研究还开发了一个智能政策建议生成系统，可以根据不同地区的特征定制化生成政策建议，为农村能源转型提供了有力支持。
汽车嵌入式开发资料：NXP Cloud Lab 恩智浦云实验室
08-16
汽车嵌入式开发资料：NXP Cloud Lab 恩智浦云实验室
A153基于springboot+vue的公交智能化系统（LW文档+完整前后端代码+sql脚本+开发文档+全套软件）
08-16
项目介绍 公交智能化系统可以将功能划分为用户和管理员功能 用户关键功能包含用户注册登陆、科目任务、公交线路、公交站点、公交信息、周边服务、公交动态、天气、我的等有关功能. 管理员的权限是最高的，可以对系统所在功能进行査看，修改和删除。管理员进入系统主页面，主要功能包括对系统首页、用户管理、线路管理、车次管理、公交线路管理、公交站点管理、公交信息管理、周边服务管理、公交动态管理、系统管理、我的信息等进行操作。 项目已获导师指导并通过的高分毕业设计项目，可作为课程设计和期末大作业，下载即用无需修改，项目完整确保可以运行。 包含：项目源码、数据库脚本、软件工具等，该项目可以作为毕设、课程设计使用，前后端代码都在里面。 该系统功能完善、界面美观、操作简单、功能齐全、管理便捷，具有很高的实际应用价值。 项目都经过严格调试，确保可以运行！可以放心下载 视频演示地址： 链接: https://pan.baidu.com/s/1gsV1hPJzQtIWjGjpXsce8A?pwd=9nyn 提取码: 9nyn
深入浅出C++单例模式-打印机案例分析
单例模式是一种常用的软件设计模式，属于创建型模式的范畴。该模式的主要目的是确保一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点。在本案例中，我们将深入探讨如何在C++中实现单例模式，并通过打印机管理的实例来展示...
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值