C++单例模式原理与实现
来源:互联网 发布:手机端 时间轴 源码 编辑:程序博客网 时间:2024/05/29 12:44
今天有一个同学问我单例模式的实现方式,就顺手写篇文章记录一下。
单例模式,可以说设计模式中最常应用的一种模式了,据说也是面试官最喜欢的题目。但是如果没有学过设计模式的人,可能不会想到要去应用单例模式,面对单例模式适用的情况,可能会优先考虑使用全局或者静态变量的方式,这样比较简单,也是没学过设计模式的人所能想到的最简单的方式了。
一般情况下,我们建立的一些类是属于工具性质的,基本不用存储太多的跟自身有关的数据,在这种情况下,每次都去new一个对象,即增加了开销,也使得代码更加臃肿。其实,我们只需要一个实例对象就可以。如果采用全局或者静态变量的方式,会影响封装性,难以保证别的代码不会对全局变量造成影响。
考虑到这些需要,我们将默认的构造函数声明为私有的,这样就不会被外部所new了,甚至可以将析构函数也声明为私有的,这样就只有自己能够删除自己了。在Java和C#这样纯的面向对象的语言中,单例模式非常好实现,直接就可以在静态区初始化instance,然后通过getInstance返回,这种就被称为饿汉式单例类。也有些写法是在getInstance中new instance然后返回,这种就被称为懒汉式单例类,但这涉及到第一次getInstance的一个判断问题。
下面的实现过程其实与什么语言没有太大关系,关键是思想,什么语言都一样。
单线程中:
Singleton* getInstance()
{
if
(instance == NULL)
instance =
new
Singleton();
return
instance;
}
Singleton* getInstance(){ lock(); if (instance == NULL) { instance = new Singleton(); } unlock(); return instance;}但这样写的话,会稍稍映像性能,因为每次判断是否为空都需要被锁定,如果有很多线程的话,就爱会造成大量线程的阻塞。于是大神们又想出了双重锁定。
Singleton* getInstance(){ if (instance == NULL) {lock(); if (instance == NULL) { instance = new Singleton(); } unlock(); } return instance;}这样只够极低的几率下,通过越过了if (instance == NULL)的线程才会有进入锁定临界区的可能性,这种几率还是比较低的,不会阻塞太多的线程,但为了防止一个线程进入临界区创建实例,另外的线程也进去临界区创建实例,又加上了一道防御if (instance == NULL),这样就确保不会重复创建了。
下面的图片清晰显示:
常用的场景
单例模式常常与工厂模式结合使用,因为工厂只需要创建产品实例就可以了,在多线程的环境下也不会造成任何的冲突,因此只需要一个工厂实例就可以了。
优点
1.减少了时间和空间的开销(new实例的开销)。
2.提高了封装性,使得外部不易改动实例。
缺点
1.懒汉式是以时间换空间的方式。
2.饿汉式是以空间换时间的方式。
C++实现代码
#ifndef _SINGLETON_H_#define _SINGLETON_H_class Singleton{public:static Singleton* getInstance();private:Singleton();//把复制构造函数和=操作符也设为私有,防止被复制Singleton(const Singleton&);Singleton& operator=(const Singleton&);static Singleton* instance;};#endif
#include "Singleton.h"Singleton::Singleton(){}Singleton::Singleton(const Singleton&){}Singleton& Singleton::operator=(const Singleton&){}//在此处初始化Singleton* Singleton::instance = new Singleton();Singleton* Singleton::getInstance(){return instance;}
#include "Singleton.h"#include <stdio.h>int main(){Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();if (singleton1 == singleton2)fprintf(stderr,"singleton1 = singleton2\n");return 0;}
采用g++编译:
g++ -o client Singleton.cpp client.cpp
常用的场景
单例模式常常与工厂模式结合使用,因为工厂只需要创建产品实例就可以了,在多线程的环境下也不会造成任何的冲突,因此只需要一个工厂实例就可以了。
优点
1.减少了时间和空间的开销(new实例的开销)。
2.提高了封装性,使得外部不易改动实例。
缺点
1.懒汉式是以时间换空间的方式。
2.饿汉式是以空间换时间的方式。
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