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設(shè)計模式之單例模式

時間：2020-08-19 00:47:26
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[導(dǎo)讀]程序喵最近開始系統(tǒng)學(xué)習(xí)回顧設(shè)計模式，希望能把學(xué)到的東西分享給大家，今天總結(jié)下創(chuàng)建型模式中最經(jīng)典的單例模式。 “ ?? 什 么 是 單 例 模 式 ？ ?” 這里首先介紹下什么是創(chuàng)建型模式，創(chuàng)建型模式主要解決對象的創(chuàng)建過程，封裝對象復(fù)雜的創(chuàng)建過程，解耦對象


程序喵最近開始系統(tǒng)學(xué)習(xí)回顧設(shè)計模式，希望能把學(xué)到的東西分享給大家，今天總結(jié)下創(chuàng)建型模式中最經(jīng)典的單例模式。

“

  
什 么 是 單 例 模 式 ？


 ”
這里首先介紹下什么是創(chuàng)建型模式，創(chuàng)建型模式主要解決對象的創(chuàng)建過程，封裝對象復(fù)雜的創(chuàng)建過程，解耦對象的創(chuàng)建代碼和對象的使用代碼。
而單例模式指的就是在系統(tǒng)里一個類只能產(chǎn)生一個實(shí)例，確保全局唯一。

怎么實(shí)現(xiàn)單例模式呢，常見的有以下幾種方法，這里程序喵只介紹線程安全的實(shí)現(xiàn)：


“
  懶 漢 式 實(shí) 現(xiàn) 1

 ”

直接看代碼：
 
#include <iostream>#include <mutex>
class Singleton { public: static Singleton *GetInstance();
 void Func() { std::cout << "Singleton Func \n"; }
 private: Singleton() {} // 避免外部構(gòu)造對象，想拿到類的實(shí)例只能通過GetInstance() Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
 static Singleton *instance_; static std::mutex mutex_;};
Singleton *Singleton::instance_ = nullptr;std::mutex Singleton::mutex_;
Singleton *Singleton::GetInstance() { // double check if (instance_ == nullptr) { // 1 std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_); if (instance_ == nullptr) { // 2 instance_ = new Singleton(); } } return instance_;}
int main() { Singleton::GetInstance()->Func(); return 0;}
這就是傳說中的 double check 方法，這里有幾個關(guān)鍵點(diǎn)：

1

為什么需要加鎖？加鎖的原因很簡單，為了確保線程安全。

2

您看過代碼可能也有些疑惑，明明加一次鎖和第二次的判斷就足夠了，為什么在加鎖之前還需要進(jìn)行一次判斷呢？這里可以考慮只需要在判斷指針為空的時候才去加鎖，避免每次調(diào)用方法時都加鎖，可以減少加鎖解鎖帶來的額外開銷。

3

這里需要將類的構(gòu)造函數(shù)和拷貝構(gòu)造函數(shù)等設(shè)成私有函數(shù)，避免外部構(gòu)造類的實(shí)例，防止外部通過new關(guān)鍵字進(jìn)行實(shí)例化。

“
  懶 漢 式 實(shí) 現(xiàn) 2
 ”

通過局部靜態(tài)變量的方式實(shí)現(xiàn)，這種方法在C++11后是線程安全的，見代碼 
#include <iostream>#include <mutex>
class Singleton { public: static Singleton& GetInstance() { static Singleton instance; return instance; }
 void Func() { std::cout << "Singleton Func \n"; }
 private: Singleton() {} // 避免外部構(gòu)造對象，想拿到類的實(shí)例只能通過GetInstance() Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};
int main() { Singleton::GetInstance().Func(); return 0;}
C++11確保局部靜態(tài)變量創(chuàng)建時線程安全的，本人基本上用的單例都是使用這種方式。

“
  餓 漢 式 實(shí) 現(xiàn)
 ”

懶漢式指的是在需要實(shí)例的時候才去創(chuàng)建，就是上面的方法，而餓漢式則是提前創(chuàng)建好實(shí)例，外部需要實(shí)例的時候直接獲取這個已經(jīng)創(chuàng)建好的實(shí)例，看下餓漢式單例的實(shí)現(xiàn)吧：
 
#include <iostream>
class Singleton { public: static Singleton *GetInstance();
 void Func() { std::cout << "Singleton Func \n"; }
 private: Singleton() {} // 避免外部構(gòu)造對象，想拿到類的實(shí)例只能通過GetInstance() Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
 static Singleton *instance_;};
Singleton *Singleton::instance_ = new Singleton();
Singleton *Singleton::GetInstance() { return instance_;}
int main() { Singleton::GetInstance()->Func(); return 0;}

“
  std::call_once實(shí)現(xiàn) ”

在C++11后可以利用新特性實(shí)現(xiàn)線程安全的單例模式，代碼如下：
 
template <typename T>class SingleTon {public: static T& instance() { std::call_once(once_, &SingleTon::init); return *value_;}
private: SingleTon(); ~SingleTon();
 SingleTon(const SingleTon&) = delete; SingleTon& operator=(const SingleTon&) = delete;
 static void init() { value_ = new T(); } static T* value_;
 static std::once_flag once_;};

總結(jié)

單例模式是一個經(jīng)典常用的設(shè)計模式，在面試過程中也經(jīng)常會被問到，當(dāng)整個進(jìn)程需要使用唯一的實(shí)例時，可以考慮使用單例模式，單例模式有幾個關(guān)鍵點(diǎn)：
  • 類只能有一個實(shí)例。
  • 外部用戶不能也無法自行對類進(jìn)行實(shí)例化，實(shí)例化的操作需要類內(nèi)部去實(shí)現(xiàn)。
  • 整個進(jìn)程共用一個類的實(shí)例，且需要是線程安全的。


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