C++单例模式
来源:互联网 发布:java驱动测试 编辑:程序博客网 时间:2024/06/08 13:59
单例模式是任何面向对象语言绕不过的,单例模式是很有必要的,接下来我用最朴素的语言来解释和记录单例模式的学习。
- 什么是单例模式?
单例模式就是一个类只能被实例化一次 ,更准确的说是只能有一个实例化的对象的类。
- 创建一个单例模式的类(初想)
一个类只能有一个实例化的对象,那么这个类就要禁止别人new出来,或者通过直接定义一个对象出来
class CAR{public: CAR(){} ~CAR(){}};CAR a;CAR *b = new CAR;
很明显这样的类可以被程序员用上面这两种方式实例化。那么考虑,如何禁止用上面的这两种方式实例化一个类呢?
如果把构造函数私有化,很明显上面这两种方法都会默认的去调用构造函数,当构造函数是private或者protected时,构造函数将无法从外部调用。
class CSingleton{private: CSingleton() { }};int main(){ CSingleton t; CSingleton *tt = new CSingleton;}
上面的代码选择了这样实例化类,很明显编译器会报错,因为私有化的构造函数无法被外部调用
error: ‘CSingleton::CSingleton()’ is private
既然构造函数是私有了,那么他就只能被类内部的成员函数调用,所以我们可以搞一个共有函数去供外部调用,然后这个函数返回一个对象,为了保证多次调用这个函数返回的是一个对象,我们可以把类内部要返回的对象设置为静态的,就有了下面的代码:
class CSingleton{private: CSingleton() { } static CSingleton *p;public: static CSingleton* getInstance() { if(p == NULL) p = new CSingleton(); return p; }};CSingleton* CSingleton::p = NULL;
我们在主函数调用来测试一下
int main(){ CSingleton *t = CSingleton::getInstance(); CSingleton *tt = CSingleton::getInstance(); cout << t << endl << tt << endl;}
结果是
0x1c59c0
0x1c59c0
两个地址一样,证明我们的单例类的正确的,原理其实很简单,第一次调用获取实例的函数时,静态类的变量指针空,所以会创建一个对象出来,第二次调用就不是空了,直接返回第一次的对象指针(地址)。
同时思考另一个问题,如果两个线程同时获取实例化对象呢?显然是不行的,会出现两个线程同时要对象的时候指针还都是空的情况就完了,想到这种情况你肯定会毫不犹豫的去加个锁。(进一步思考)
class CSingleton{private: CSingleton() { pthread_mutex_init(&mtx,0); } static CSingleton *p;public: static pthread_mutex_t mtx; static CSingleton* getInstance() { if(p == NULL) { pthread_mutex_lock(&mtx); p = new CSingleton(); pthread_mutex_unlock(&mtx); } return p; }};pthread_mutex_t CSingleton::mtx;CSingleton* CSingleton::p = NULL;
上面的代码就是加锁之后的了,你可以用下面的方法调用
void* fun1(void *){ while(1) { CSingleton *pt = CSingleton::getInstance(); cout << "fun1: pt_addr = " << pt << endl; Sleep(1000); }}void* fun2(void *){ while(1) { CSingleton *pt = CSingleton::getInstance(); cout << "fun2: pt_addr = " << pt << endl; Sleep(1000); }}void callSingleton(){ pthread_mutex_init(&CSingleton::mtx,0); pthread_t pt_1 = 0; pthread_t pt_2 = 0; int ret = pthread_create(&pt_1,0,&fun1,0); if(ret != 0) { printf("error\n"); } ret = pthread_create(&pt_2,0,&fun2,0); if(ret != 0) { printf("error\n"); } pthread_join(pt_1,0); pthread_join(pt_2,0);}
你可以这样在fun1,fun2中随意的去实例化这个类了,运行结果如下
fun1: pt_addr = 0xb85a38
fun2: pt_addr = 0xb85a38
fun1: pt_addr = 0xb85a38
fun2: pt_addr = 0xb85a38
fun1: pt_addr = 0xb85a38
fun2: pt_addr = 0xb85a38
总结一下我们的这种实现单例模式的方式:类中声明一个静态的本类指针,再写一个public的函数来让这个指针指向我们新创建的实例,返回这个指针(这个实例的地址),并进行加锁,这个对象就永远只有一份,然后单例模式就实现了。
class CSingleton{private: CSingleton() { pthread_mutex_init(&mtx,0); }public: static pthread_mutex_t mtx; static CSingleton* getInstance() { pthread_mutex_lock(&mtx); static CSingleton obj; pthread_mutex_unlock(&mtx); return &obj; }};pthread_mutex_t CSingleton::mtx;
也可以像上面的代码一样把静态对象的放到函数里面,这样就省的在去外部声明一下了,只要返回一个静态类的地址,就算这个函数执行完也不会被销毁,它被保存在静态区和全局变量差不多。
再次总结:只要返回一个本类对象的地址就好了,这个地址要是静态的。别忘记加锁。
而且上面这种方式也被人们成为懒汉模式,为什么叫懒汉?因为这样的方式只有在我调用 CSingleton::getInstance(); 的时候才会返回一个实例化的对象,懒死了,我不要你你就不给我,是不是?
下面这种方式就和上面的不同,人家还没要,我就忍不住先给人家准备好了,如饥似渴,所以也叫饿汉模式。
我们注意到上面第一种方式,类中的静态变量要先被外部声明,否则编译器不会为它分配空间,像这样 CSingleton* CSingleton::p = NULL; 其实我们可以在这一步就new一个对象出来,因为p是CSingleton的成员,它是可以调用构造函数的哦,于是我们改成这样就是饿汉模式了
class CSingleton{private: CSingleton() { } static CSingleton *p;public: static CSingleton* getInstance() { return p; }};CSingleton* CSingleton::p = new CSingleton();
我们这样锁也不用加了,因为我们调用getInstance()之前这个类就已经被实例化了,我们调用这个函数的目地只是为了得到这个对象的地址。饿汉模式就实现了
总结:利用静态变量和私有化构造函数的特性来实现单例模式。搞一个静态的自身类指针,然后把构造函数私有化,这样new的时候就只能让本类中的成员调用,然后不择手段在类内部new出这个对象,并提供一种方法供外部得到这个对象的地址。
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