C++的单例模式

本文介绍了两种C++单例模式的实现方法。第一种通过静态成员变量和标志位控制对象唯一性;第二种利用静态成员和析构函数确保对象唯一且在程序退出时释放资源。

C++的单例模式

一、要点:

 

二、实现:

//way(1

class singleton

{

public:

     static bool flag;

     static singleton*great()

     {

         if (flag== 1)

         {

              flag =0; //创建一个对象后,把记录对象个数的flag清零,下次再就不能再继续创建对象了。

              return(new singleton);

         }

         else

         {

              return NULL;

         }   

     }

     ~singleton()

     {

         flag = 1;

     }

private:

     singleton(){}/*实例化一个对象时,实质是在类外调用构造函数来构建对象,只能通过this->指针或者“对象+点”的方式调用

                  而私有的构造函数活动范围只是在类内的,我们无法在类外直接用它创建对象,这时,可以在类内

                  定义一个函数great()(主意,这个函数必须是不属于类的,否则我们在类外同样无法调用它来构建对象)

                  来调用构造函数,不属于类的函数有static和protectd,所以我们定义这个函数为static的,这样我们在类外就可以

                    调用great()函数(它间接调用私有的构造函数)来创建一个对象了*/

};

bool singleton::flag=1;

int main()

{

     //只能创建一个对象

     singleton *s1 = singleton::great();

     cout <<s1 << endl;//0073A070  //第一次创建s1时合法

     singleton *s2 = singleton::great();

     cout <<s2 << endl;//00000000  //第二次创建s2时合法,s2的值为NULL,则对象s2是无效,不能使用s2

     singleton *s3 = singleton::great();

     delete s3;

     singleton *s4 = singleton::great();

     cout <<s4 << endl;//005BA570  //创建S3,然后在销毁S3(回到原始状态,相当于做无用功),而这时S4则是合法有效的,可以使用它

    system("pause");

     return 0;

}

 

//way(2

classCSingleton 

private: 

    CSingleton() 

    { 

    } 

    static CSingleton *m_pInstance; 

    class CGarbo  

    { 

    public: 

        ~CGarbo() 

        { 

            if(CSingleton::m_pInstance) 

                deleteCSingleton::m_pInstance; 

        } 

    }; 

    static CGarbo Garbo;  

public: 

    static CSingleton * GetInstance() 

    { 

        if(m_pInstance == NULL) 

            m_pInstance = newCSingleton(); 

        return m_pInstance; 

    } 

};

在程序运行结束时,系统会调用CSingleton的静态成员Garbo的析构函数,该析构函数会删除单例的唯一实例。使用这种方法释放单例对象有以下特征:

1.在单例类内部定义专有的嵌套类。

2.在单例类内定义私有的专门用于释放的静态成员。

3.利用程序在结束时析构全局变量的特性,选择最终的释放时机

### 单例模式的基本概念 单例模式是创建型设计模式的一种,其核心思想是确保一个类仅有一个实例,并提供一个全局访问点来获取这个实例。在程序运行期间,单例模式可以保证一个类只有一个实例对象,并提供全局访问接口[^1][^2][^4]。 ### 实现方法 #### 饿汉式 饿汉式在程序开始时就创建实例,线程安全,但可能会造成资源浪费。 ```cpp #include <iostream> class Singleton { public: static Singleton& getInstance() { return instance; } void showMessage() { std::cout << "Hello from Singleton!" << std::endl; } private: Singleton() { std::cout << "Singleton Constructor Called" << std::endl; } // 防止复制 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; static Singleton instance; }; Singleton Singleton::instance; int main() { Singleton& instance1 = Singleton::getInstance(); Singleton& instance2 = Singleton::getInstance(); instance1.showMessage(); if (&instance1 == &instance2) { std::cout << "Both instances are the same." << std::endl; } return 0; } ``` #### 懒汉式(非线程安全) 懒汉式在第一次使用时才创建实例,但非线程安全。 ```cpp #include <iostream> class Singleton { public: static Singleton* getInstance() { if (instance == nullptr) { instance = new Singleton(); } return instance; } void showMessage() { std::cout << "Hello from Singleton!" << std::endl; } private: Singleton() { std::cout << "Singleton Constructor Called" << std::endl; } // 防止复制 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; static Singleton* instance; }; Singleton* Singleton::instance = nullptr; int main() { Singleton* instance1 = Singleton::getInstance(); Singleton* instance2 = Singleton::getInstance(); instance1->showMessage(); if (instance1 == instance2) { std::cout << "Both instances are the same." << std::endl; } return 0; } ``` #### 懒汉式(线程安全) 使用互斥锁保证线程安全,但会有一定的性能开销。 ```cpp #include <iostream> #include <mutex> class Singleton { public: static Singleton& getInstance() { std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex); if (instance == nullptr) { instance = new Singleton(); } return *instance; } void showMessage() { std::cout << "Hello from Singleton!" << std::endl; } private: Singleton() { std::cout << "Singleton Constructor Called" << std::endl; } // 防止复制 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; static Singleton* instance; static std::mutex mutex; }; Singleton* Singleton::instance = nullptr; std::mutex Singleton::mutex; int main() { Singleton& instance1 = Singleton::getInstance(); Singleton& instance2 = Singleton::getInstance(); instance1.showMessage(); if (&instance1 == &instance2) { std::cout << "Both instances are the same." << std::endl; } return 0; } ``` #### 基于局部静态变量(C++11及以上) 简洁、安全且高效,推荐使用。 ```cpp #include <iostream> class Singleton { public: static Singleton& getInstance() { static Singleton instance; return instance; } void showMessage() { std::cout << "Hello from Singleton!" << std::endl; } // 防止复制 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; private: Singleton() { std::cout << "Singleton Constructor Called" << std::endl; } }; int main() { Singleton& instance1 = Singleton::getInstance(); Singleton& instance2 = Singleton::getInstance(); instance1.showMessage(); if (&instance1 == &instance2) { std::cout << "Both instances are the same." << std::endl; } return 0; } ``` ### 使用场景 - **资源管理**:例如数据库连接池、文件系统操作等,避免多个实例同时操作同一资源导致冲突。 - **配置信息**:如全局的配置文件管理,确保所有模块使用相同的配置信息。 - **日志记录**:保证所有日志信息都记录到同一个日志文件中。 ### 注意事项 - **线程安全**:在多线程环境下,需要确保单例的创建和访问是线程安全的,可采用互斥锁或局部静态变量的方式。 - **生命周期管理**:确保单例对象在整个程序生命周期内的正确性,避免内存泄漏。 - **可测试性**:单例模式可能会影响代码的可测试性,可考虑使用依赖注入等技术来提高可测试性。 - **避免滥用**:单例模式会引入全局状态,过度使用可能导致代码耦合度增加,难以维护和扩展。
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