c++设计模式之单例模式

介绍

一个类无论创建多少对象，都只能得到一个实例

A* p1=new A();
A* p2=new A();
A* p3=new A();

如上述代码中，我们通过new运算符创建出了类A的三个对象实例，而我们现在要做的是，如何设计类A，使得上述代码运行之后永远只产生同一个对象实例

设计方法

1.将构造函数声明为私有

????????我们知道，一个类对象是通过这个类的构造函数创建的，因此，我们首先要拒绝用户使用构造函数。

也许有人会问，我们在类中不写构造函数不行么？

确实不行，构造函数与普通成员函数的区别之一就在于，即使你不写，编译器也会自动为你创建一个构造函数

因此，这一步的目的在于：拒绝编译和用户使用构造函数创建对象

class Singleton
{
public:
private:
	Singleton(){};
};

2.在类中自行定义一个static对象

由于我们拒绝用户和编译器自行创建对象，因此我们必须自己在类中定义一个对象，且其类型必须为static的，因为只有static类型的变量才属于这个类，而不是属于某个对象

class Singleton
{
public:
private:
	static Singleton instance;
	Singleton(){};
};

声明为private的原因是，防止用户对其进行修改。

3.定义一个外部可以访问到该static对象实例的接口

由于上述定义的实例对象是private的，因此我们需要定义一个公共接口，来供外部用户进行访问

class Singleton
{
public:
	static Singleton* getInstance()
	{
		return &instance;
	}
private:
	static Singleton instance;
	Singleton(){};
};

该接口声明为static的原因是，用户此时还没有创建出实例，而普通成员函数的调用必须通过对象进行，因此如果想要用户使用这个函数，就必须要将其声明为static的

4.拒绝对象的拷贝和赋值

至此，我们已经完成了一个半成品，也就是说，这个时候我们要使用Sington对象，就必须通过其中的static成员函数getInstance来获取，而该函数返回的对象实例永远都是同一个实例

#include<iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
public:
	static Singleton* getInstance()
	{
		return &instance;
	}
private:
	static Singleton instance;
	Singleton(){};
};

void test()
{
	/*
		此时，s1,s2,s3所指向的对象实例都是类中自己创建的那个instance
	*/
	Singleton* s1=Singleton::getInstance();
	Singleton* s2=Singleton::getInstance();
	Singleton* s3=Singleton::getInstance();
}

int main()
{
	test();
	return 0;
}

但还有个问题是，编译器还会为我们创建拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，因此，当我们进行对象拷贝操作的时候，这个实例对象就不是“单例”的了

Singleton t=*p1;//此时编译器会自行创造出一个拷贝构造函数，从而创建出一个p1的副本

而解决这个问题的办法，上述也说明过，只需将其声明为私有即可

class Singleton
{
public:
	static Singleton* getInstance()
	{
		return &instance;
	}
private:
	static Singleton instance;
	Singleton(){};

	Singleton(const Singleton&)=delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&)=delete;
};

饿汉式单例模式

还没有获取对象实例，对象实例就已经创建了

上述最后的代码就是饿汉式单例模式，由于对象实例在类A是static的，因此我们在还没有调用接口在获取该对象的时候，它就已经存在了

class Singleton
{
public:
	static Singleton* getInstance()
	{
		return &instance;
	}
private:
	static Singleton instance;
	Singleton(){};

	Singleton(const Singleton&)=delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&)=delete;
};

因此，它的特点是

• 优点
  • 实现简单，线程安全：在类加载时就创建了实例，不存在多线程并发访问的问题
  • 执行效率高：没有加锁、同步等额外操作
• 缺点
  • 内存浪费：类加载时即创建实例，如果单例对象占用大量资源或者初始化耗时较长，会导致程序启动变慢。
  • 无法延迟加载：即使没有使用到该单例对象，也会被创建

懒汉式单例模式

唯一的实例，只有在第一次获取它的时候才会创建

由于饿汉式单例模式的缺陷，有了懒汉式单例模式的出现，也就是对象延迟加载，看代码

class Singleton
{
public:
	static Singleton* getInstance()
	{
		// return &instance;
		if(instance==nullptr)
		{
			instance=new Singleton();
		}
		return instance;
	}
private:
	static Singleton *instance;
	Singleton(){};

	Singleton(const Singleton&)=delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&)=delete;
};

最大的区别在于

我们将类中创建的对象实例声明为指针类型，这样当类加载的时候，内存中存在的是一个指针，而指针变量的大小永远都是固定的

	static Singleton *instance;

其次，再看接口函数的实现

	static Singleton* getInstance()
	{
		// return &instance;
		if(instance==nullptr)
		{
			instance=new Singleton();
		}
		return instance;
	}

该函数在调用时，首先会判断instance是否为nullptr，而instance为nullptr说明用户是第一次在代码中创建该实例，此时就new一个实例对象，返回给用户，而后续用户再创建实例对象时，instance就不为空了，直接返回即可