C++ 单例模式

什么是单例模式

单例模式是一种设计模式.什么是设计模式呢?

设计模式是一种代码设计经验的总结.单例模式就是其中的一种模式.单例模式用于期望全局中类的实例化只有一个的场景.

如何做到类的实例化是单例的?

我们只要把类的构造函数私有化,在类外部就无法实例化类对象了.

单例模式又分为饱汉模式和饿汉模式.

饱汉模式

饱汉模式就是提前在main函数启动前创建好类的实例化对象.如何做到呢?

我们可以创建全局对象.但是因为构造函数是私有的,全局对象访问不到.

 因此我们只能在类里面创建全局对象(静态成员变量类内声明类外定义):

 我们再创建一个公有函数GetInstance()获取这个唯一的类实例对象,这样我们就可以在类外调用GetInstance()函数获取这个实例对象了::

        

例如我实现这两个函数:

主函数调用: 

那么我实际上调用的就是全局唯一的map对象_dict;

但是实际上上面代码是存在漏洞的,例如:

 

我们可以看见一个更改了,一个没更改.因为是两个实例对象. 所以为了保证单例,我们应该把拷贝构造也禁了(赋值构造也一同禁了):

饿汉模式的优缺点

 优点

实现简单

缺点

1.可能会导致程序启动慢.因为程序从main()函数开始启动,饿汉模式在main()函数启动前就开始初始化了,如果有多个单例或者单例的构造函数涉及到IO操作,就会到导致程序启动慢.

2.无法设置单例的初始化顺序.因为是全局的,所以不能够保证其初始化顺序.

饿汉模式

饿汉模式就是即用即建.

我们通过指针来管理.每次调用的时候我们看创建了单例没,没创建就创建一个单例,然后返回这个单例:

项目场景实际应用 

我有一个设备管理类HidManger，包含设备初始化，连接设备，接收报告，发送报告等方法。

现在我主函数想要访问这些方法，需要实例化一个设备管理对象HidManger *hidmanger=new HidManger(this)。

同时我的其他一些模块也需要通过判断HidManger对象是否销毁从而判断当前设备是否连接。

因此我在HidManger类实例化唯一的一个 HidManger对象 ，在主函数和其他模块获取这个实例即可。

单例模式可以结合RAII使用来增强资源管理的安全性。

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是 C++ 中管理资源的一种重要编程范式，其核心思想是：资源在对象构造时获取，在对象析构时释放。通过这种方式，资源的生命周期与对象绑定，从而避免内存泄漏和资源泄露。

典型的 RAII 示例：文件操作

假设你需要打开一个文件进行读写，传统方式可能会忘记关闭文件。使用 RAII 可以确保文件自动关闭：

#include <fstream>
#include <string>

class FileHandler {
private:
    std::fstream file;  // 资源（文件句柄）

public:
    // 构造函数：获取资源（打开文件）
    FileHandler(const std::string& filename, std::ios_base::openmode mode) 
        : file(filename, mode) {
        if (!file.is_open()) {
            throw std::runtime_error("Failed to open file");
        }
    }

    // 析构函数：释放资源（关闭文件）
    ~FileHandler() {
        if (file.is_open()) {
            file.close();
        }
    }

    // 封装的功能函数
    void write(const std::string& content) {
        file << content;
    }

    // 禁用拷贝构造和赋值，避免资源重复释放
    FileHandler(const FileHandler&) = delete;
    FileHandler& operator=(const FileHandler&) = delete;
};

// 使用示例
void example() {
    try {
        FileHandler file("test.txt", std::ios::out);
        file.write("Hello, RAII!");  // 通过对象调用函数
        // 文件在 FileHandler 对象析构时自动关闭
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    }
}