C++ 中的const、static、单例模式

本文深入探讨了C++中的只读(const)概念、静态(static)特性和单例模式的应用。通过实例详细解释了只读成员变量及函数的使用限制,静态成员变量与函数的特点及其区别于普通成员的方式,以及如何实现单例模式确保类只有一个实例。

只读(const):

  • 只读对象:只读变量,表示对象的数据成员不能被类的成员函数修改。
  • 只读数据成员:构造函数中用列表方式初始化。
  • 只读函数成员:在函数中不能修改对象的数据成员,只读成员函数只能调用只读成员函数.

  •  

    mutable 修饰的成员变量是可以在只读的成员函数中修改

     
    #include  <iostream>
    #include  <stdio.h>
    using namespace std;
    class   A
    {
    public:
    	A(int _a,int _b,int _c):b(_b)
    	{
    		a=_a;
    		//b=_b;//错误,不能对只读成员变量赋值
    		c=_c;
    	}
    	void  print() const;//注意只读函数const的位置
    
    	void  fun() const
    	{
    		cout<<b<<endl;//读取只读数据成员可以
    		cout<<"fun"<<endl;
    		a=6;
    	}
    private:
    	mutable int a;
    	const int b;//只读数据成员
    	int c;
    };
    void  A::print() const
    {
    	//a=400;//错误,只读成员函数中不能修改成员变量,如果非要修改要在变量前面加上mutable关键字修饰。
    	//fun();//错误.
    	cout<<a<<'\t'<<b<<'\t'<<c<<endl;
    }
    
    int main(int argc, char const *argv[])
    {
    	const A  a1(3,4,5);//只读对象(只读变量),对象数据成员成为只读
    	a1.fun();
    	a1.print();
    
    	return 0;
    }
    

    静态(static):

  • static 对象:静态局部对象,存储在数据段.在进程结束释放

  • static数据成员:不属于对象,共享于所有对象
                            只能在类外初始化,不能再构造函数初始化
                            在类外访问静态数据成员前必须要初始化
                            可以通过类名或对象名访问
                            可以在一般函数中访问

  • static函数成员:  可以通过对象调用也可以通过类名调用
                             静态成员函数只能使用静态数据成员 >>重点

#include  <iostream>
#include  <stdio.h>
using namespace std;
class  A
{
public:
	A(int _a)
	{
		a=_a;
	}
	void  print()
	{
		cout<<a<<endl;
	}
private:
	int a;
};

void   fun()
{
	int i;
	for(i=0;i<10;i++)
	{
		static A a2(200);//静态局部对象,存储在数据段.在进程结束释放
	}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
	A a1(100);
	a1.print();
	//static  A  a2(200); //静态对象,静态变量
	fun();
	return 0;
}
#include  <iostream>
#include  <stdio.h>
using namespace std;
class  A
{
public:
	void print()
	{
		cout<<a<<endl;
	}
	static int a; //静态数据成员
	//int b;
};
//初始化静态数据成员:
int A::a=100;

int main(int argc, char const *argv[])
{
	A a1;
	cout<<sizeof(a1)<<endl; //输出大小为1个字节,说明static数据成员不属于对象,共享于所有对象
	a1.a=400;
	A a2;
	cout<<a2.a<<endl; //被a1对象修改,a2这里输出400  可以通过类名或对象名访问.
	A::a=3000;
	cout<<a1.a<<endl;

	a1.print();
	return 0;
}
#include  <iostream>
#include  <stdio.h>
using namespace std;
class  A
{
public:
	A()
	{
		b=400;
	}
	//静态成员函数
	static void  funs()
	{
		//cout<<b<<endl; //错误,b非静态,静态成员函数只能使用静态数据成员
		cout<<"funs"<<endl;
	}
	void print()
	{
		cout<<a<<endl;
	}
	static int a; //静态数据成员
	int  b;
};
//初始化静态数据成员:
int A::a=100;

int main(int argc, char const *argv[])
{
	A a1;

	a1.print();
	a1.funs();
	A::funs();
	return 0;
}

单粒模式:

     这个类只能存在一个对象。

     关键是构造函数私有,并且定义一个空的静态对象

#include <iostream>
using namespace std;
class  A
{
public:
	static A *   initobj()
	{	
		if(obj==NULL)
		{
			obj=new A(10);//分配对象空间,并初始化成员变量。
		}		
		return obj;
	}
	void  fun()
	{
		cout<<"fun"<<endl;
	}
private:
	A(int _a)
	{
		a=_a;
	}
	int a;
	static A* obj;
};
A * A::obj=NULL;
int main(int argc, char const *argv[])
{
	//A a1(100);

	A  *obj=A::initobj();
	obj->fun();
	A  *obj2=A::initobj();
	obj2->fun();
	return 0;
}

 

<think>好的,用户想了解C++中实现单例模式的最佳实践。首先,我需要回顾单例模式的基本概念,确保自己理解正确。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。这在需要控制资源或共享状态时很有用,比如配置管理或日志记录。 接下来,考虑C++中的实现方式。传统的做法可能使用静态成员变量和私有构造函数,但需要注意线程安全的问题。现代C++C++11及以上)提供了更好的线程安全保证,比如局部静态变量的初始化特性。这可能是更简洁高效的方法。 然后,需要区分饿汉式和懒汉式例。饿汉式在程序启动时就初始化,可能影响启动速度,但简安全。懒汉式延迟初始化,节省资源,但需要考虑多线程环境下的竞争条件。用户可能更关心懒汉式的实现,因为这是更常见的需求。 还要考虑可能的陷阱,比如双重检查锁定(Double-Checked Locking)在C++11之前的问题,以及如何用std::call_once或静态局部变量来避免。此外,例的析构问题,比如内存泄漏或有序析构,可能需要使用智能指针或者特定的析构方法。 用户提到的“最佳实践”可能包括线程安全、资源管理、可测试性等方面。需要推荐现代且简洁的实现方法,比如Meyers' Singleton,它利用局部静态变量,在C++11之后是线程安全的。同时,提醒用户避免反模式,比如过度使用例导致代码耦合。 最后,生成相关问题时要覆盖单例模式的不同方面,如线程安全、销毁时机、替代方案和应用场景,帮助用户全面理解。</think>### C++ 单例模式实现详解 #### 1. 基础实现(懒汉式) ```cpp class Singleton { private: static Singleton* instance; Singleton() {} // 私有构造函数 public: static Singleton* getInstance() { if (!instance) { instance = new Singleton(); } return instance; } // 禁用拷贝和赋值 Singleton(const Singleton&) = delete; void operator=(const Singleton&) = delete; }; Singleton* Singleton::instance = nullptr; ``` *特点*:延迟初始化,但非线程安全[^1] #### 2. 线程安全实现(C++11后推荐) ```cpp class Singleton { public: static Singleton& getInstance() { static Singleton instance; return instance; } // 禁用拷贝和赋值 Singleton(const Singleton&) = delete; void operator=(const Singleton&) = delete; private: Singleton() = default; ~Singleton() = default; }; ``` *优势*: - 自动线程安全(C++11保证静态局部变量初始化线程安全) - 自动内存管理(程序结束时自动销毁) - 零指针管理(返回引用更安全) #### 3. 饿汉式实现 ```cpp class Singleton { private: static Singleton instance; Singleton() {} public: static Singleton& getInstance() { return instance; } }; // 程序启动时即初始化 Singleton Singleton::instance; ``` *适用场景*:初始化耗时短且必须提前初始化的场景 #### 4. 带模板的通用实现 ```cpp template<typename T> class Singleton { public: static T& getInstance() { static T instance; return instance; } protected: Singleton() = default; virtual ~Singleton() = default; }; // 具体类继承 class MyClass : public Singleton<MyClass> { friend class Singleton<MyClass>; private: MyClass() = default; }; ``` #### 最佳实践建议 1. 优先选择C++11的静态局部变量方式(Meyers' Singleton) 2. 必须禁用拷贝构造函数和赋值运算符 3. 考虑使用智能指针管理生命周期(当需要动态控制时) 4. 多线程环境需保证所有成员函数线程安全 5. 推荐返回引用而非指针,避免悬空指针问题
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