单例模式(C++)

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了单例模式(C++)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

定义

保证一个类仅有一个实例,并提供一个该实例的全局访问点。

应用场景

  • 在软件系统中,经常有这样一些特殊的类,必须保证它们在系统中只存在一个实例,才能确保它们的逻辑正确性、以及良好的效率。
  • 如何绕过常规的构造器,提供一种机制来保证一个类只有一个实例?
  • 这应该是类设计者的责任,而不是使用者的责任。

结构

单例模式(C++),设计模式,单例模式,c++

代码示例

普通懒汉式(线程不安全)

多线程情况下线程不安全

//Singleton.h
/****************************************************/
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H

///  普通懒汉式实现 -- 线程不安全 //
#include <iostream> // std::cout
#include <mutex>    // std::mutex
#include <pthread.h> // pthread_create
class SingleInstance
{

public:
    // 获取单例对象
    static SingleInstance *GetInstance();

    // 释放单例,进程退出时调用
    static void deleteInstance();
	
	// 打印单例地址
    void Print();

private:
	// 将其构造和析构成为私有的, 禁止外部构造和析构
    SingleInstance();
    ~SingleInstance();

    // 将其拷贝构造和赋值构造成为私有函数, 禁止外部拷贝和赋值
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);

private:
    // 唯一单例对象指针
    static SingleInstance *m_SingleInstance;
};

//初始化静态成员变量
SingleInstance *SingleInstance::m_SingleInstance = NULL;

SingleInstance* SingleInstance::GetInstance()
{

	if (m_SingleInstance == NULL)
	{
	    m_SingleInstance = new (std::nothrow) SingleInstance;  // 没有加锁是线程不安全的,当线程并发时会创建多个实例
	}

    return m_SingleInstance;
}

void SingleInstance::deleteInstance()
{
    if (m_SingleInstance)
    {
        delete m_SingleInstance;
        m_SingleInstance = NULL;
    }
}

void SingleInstance::Print()
{
	std::cout << "我的实例内存地址是:" << this << std::endl;
}

SingleInstance::SingleInstance()
{
    std::cout << "构造函数" << std::endl;
}

SingleInstance::~SingleInstance()
{
    std::cout << "析构函数" << std::endl;
}
///  普通懒汉式实现 -- 线程不安全  //

// 线程函数
void *PrintHello(void *threadid)
{
    // 主线程与子线程分离,两者相互不干涉,子线程结束同时子线程的资源自动回收
    pthread_detach(pthread_self());

    // 对传入的参数进行强制类型转换,由无类型指针变为整形数指针,然后再读取
    int tid = *((int *)threadid);

    std::cout << "Hi, 我是线程 ID:[" << tid << "]" << std::endl;

    // 打印实例地址
    SingleInstance::GetInstance()->Print();

    pthread_exit(NULL);
}

#endif
//test.cpp
/****************************************************/
#include "Singleton.h"
#include <pthread.h> // pthread_create
#define NUM_THREADS 5 // 线程个数
int main()
{
	pthread_t threads[NUM_THREADS] = {0};
    int indexes[NUM_THREADS] = {0}; // 用数组来保存i的值

    int ret = 0;
    int i = 0;

    std::cout << "main() : 开始 ... " << std::endl;

    for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++)
    {
        std::cout << "main() : 创建线程:[" << i << "]" << std::endl;
        
        indexes[i] = i; //先保存i的值
		
        // 传入的时候必须强制转换为void* 类型,即无类型指针
        ret = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
        if (ret)
        {
            std::cout << "Error:无法创建线程," << ret << std::endl;
            exit(-1);
        }
    }

    // 手动释放单实例的资源
    SingleInstance::deleteInstance();
    std::cout << "main() : 结束! " << std::endl;
	
	return 0;
}

加锁懒汉式(线程安全)

//Singleton.h
/****************************************************/
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H
#include <pthread.h> // pthread_create
#include <iostream> // std::cout
#include <mutex>    // std::mutex
///  加锁的懒汉式实现  //
class SingleInstance
{

public:
    // 获取单实例对象
    static SingleInstance *&GetInstance();

    //释放单实例,进程退出时调用
    static void deleteInstance();
	
    // 打印实例地址
    void Print();

private:
    // 将其构造和析构成为私有的, 禁止外部构造和析构
    SingleInstance();
    ~SingleInstance();

    // 将其拷贝构造和赋值构造成为私有函数, 禁止外部拷贝和赋值
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);

private:
    // 唯一单实例对象指针
    static SingleInstance *m_SingleInstance;
    static std::mutex m_Mutex;
};

//初始化静态成员变量
SingleInstance *SingleInstance::m_SingleInstance = NULL;
std::mutex SingleInstance::m_Mutex;

SingleInstance *&SingleInstance::GetInstance()
{

    //  这里使用了两个 if判断语句的技术称为双检锁;好处是,只有判断指针为空的时候才加锁,
    //  避免每次调用 GetInstance的方法都加锁,锁的开销毕竟还是有点大的。
    if (m_SingleInstance == NULL) 
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(m_Mutex); // 加锁
        if (m_SingleInstance == NULL)
        {
            m_SingleInstance = new (std::nothrow) SingleInstance;
        }
    }

    return m_SingleInstance;
}

void SingleInstance::deleteInstance()
{
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m_Mutex); // 加锁
    if (m_SingleInstance)
    {
        delete m_SingleInstance;
        m_SingleInstance = NULL;
    }
}

void SingleInstance::Print()
{
	std::cout << "我的实例内存地址是:" << this << std::endl;
}

SingleInstance::SingleInstance()
{
    std::cout << "构造函数" << std::endl;
}

SingleInstance::~SingleInstance()
{
    std::cout << "析构函数" << std::endl;
}
///  加锁的懒汉式实现  //


#endif

静态局部变量的懒汉单例(C++11线程安全)

//Singleton.h
/****************************************************/
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H
#include <pthread.h> // pthread_create
#include <iostream> // std::cout
#include <mutex>    // std::mutex
///  内部静态变量的懒汉实现  //
class Single
{

public:
    // 获取单实例对象
    static Single &GetInstance();
	
	// 打印实例地址
    void Print();

private:
    // 禁止外部构造
    Single();

    // 禁止外部析构
    ~Single();

    // 禁止外部复制构造
    Single(const Single &signal);

    // 禁止外部赋值操作
    const Single &operator=(const Single &signal);
};

Single &Single::GetInstance()
{
    // 局部静态特性的方式实现单实例
    static Single signal;
    return signal;
}

void Single::Print()
{
    std::cout << "我的实例内存地址是:" << this << std::endl;
}

Single::Single()
{
    std::cout << "构造函数" << std::endl;
}

Single::~Single()
{
    std::cout << "析构函数" << std::endl;
}
///  内部静态变量的懒汉实现  //


#endif

饿汉式(本身就线程安全)

//Singleton.h
/****************************************************/
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H
#include <pthread.h> // pthread_create
#include <iostream> // std::cout
#include <mutex>    // std::mutex
// 饿汉实现 /
class Singleton
{
public:
    // 获取单实例
    static Singleton* GetInstance();

    // 释放单实例,进程退出时调用
    static void deleteInstance();
    
    // 打印实例地址
    void Print();

private:
    // 将其构造和析构成为私有的, 禁止外部构造和析构
    Singleton();
    ~Singleton();

    // 将其拷贝构造和赋值构造成为私有函数, 禁止外部拷贝和赋值
    Singleton(const Singleton &signal);
    const Singleton &operator=(const Singleton &signal);

private:
    // 唯一单实例对象指针
    static Singleton *g_pSingleton;
};

// 代码一运行就初始化创建实例 ,本身就线程安全
Singleton* Singleton::g_pSingleton = new (std::nothrow) Singleton;

Singleton* Singleton::GetInstance()
{
    return g_pSingleton;
}

void Singleton::deleteInstance()
{
    if (g_pSingleton)
    {
        delete g_pSingleton;
        g_pSingleton = NULL;
    }
}

void Singleton::Print()
{
    std::cout << "我的实例内存地址是:" << this << std::endl;
}

Singleton::Singleton()
{
    std::cout << "构造函数" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    std::cout << "析构函数" << std::endl;
}
// 饿汉实现 /


#endif

代码参考:C++ 线程安全的单例模式总结
我这里运行结果总是有点不尽人意,不知道是怎么回事,所以就没放运行结果,推荐看原文。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-641023.html

要点总结

  • Singleton模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生。
  • Singleton模式一般不要支持拷贝构造函数和Clone接口,因为这有可能导致多个对象实例,与Singleton模式的初衷违背。
  • 如何实现多线程环境下安全的Singleton?注意对双检查锁的正确实现。

到了这里,关于单例模式(C++)的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • C++设计模式创建型之单例模式

    一、概述         单例模式也称单态模式,是一种创建型模式,用于创建只能产生一个对象实例的类。例如,项目中只存在一个声音管理系统、一个配置系统、一个文件管理系统、一个日志系统等,甚至如果吧整个Windows操作系统看成一个项目,那么其中只存在一个任务管理

    2024年02月14日
    浏览(49)
  • C++特殊类设计(单例模式)

    C++98 将拷贝构造函数与赋值运算符重载只声明不定义,并且将其访问权限设置为私有即可。 原因: 设置成私有:如果只声明没有设置成private,用户自己如果在类外定义了,就可以不能禁止拷贝了 只声明不定义:不定义是因为该函数根本不会调用,定义了其实也没有什么意义

    2024年01月19日
    浏览(45)
  • 【C++】特殊类设计(单例模式)

    设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计经验的总结。 使用设计模式的目的:为了代码可重用性、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 根本原因是为了代码复用,增加可维护性。 设计模式的例子:迭代器模式 拷贝一共就只有两个场景,一

    2023年04月22日
    浏览(56)
  • 【C++】特殊类设计+单例模式+类型转换

    需要云服务器等云产品来学习Linux的同学可以移步/--腾讯云--/--阿里云--/--华为云--/官网,轻量型云服务器低至112元/年,新用户首次下单享超低折扣。   目录 一、设计一个类,不能被拷贝 1、C++98 2、C++11 二、设计一个类,只能在堆上创建对象 1、将构造设为私有 2、将析构设为

    2024年02月06日
    浏览(54)
  • 【C++高阶(八)】单例模式&特殊类的设计

    💓博主CSDN主页:杭电码农-NEO💓   ⏩专栏分类:C++从入门到精通⏪   🚚代码仓库:NEO的学习日记🚚   🌹关注我🫵带你学习C++   🔝🔝 在实际场景中,总会遇见一些特殊情况, 比如设计一个类,只能在堆上开辟空间, 亦或者是设计一个类只能实例化一个对象 在实际需求的场景

    2024年02月04日
    浏览(47)
  • C++面试:单例模式、工厂模式等简单的设计模式 & 创建型、结构型、行为型设计模式的应用技巧

            理解和能够实现基本的设计模式是非常重要的。这里,我们将探讨两种常见的设计模式:单例模式和工厂模式,并提供一些面试准备的建议。 目录 单例模式 (Singleton Pattern) 工厂模式 (Factory Pattern) 面试准备  1. 理解设计模式的基本概念 2. 掌握实现细节 3. 讨论优缺

    2024年02月01日
    浏览(67)
  • C++中特殊类的设计与单例模式的简易实现

    对于这种特殊类的设计我们一般都是优先考虑私有构造函数。 然后对于一些特殊要求就直接通过静态成员函数的实现来完成。  这里选择禁掉拷贝构造函数和拷贝函数是为了防止将已创建的对象去拷贝构造新的对象。  这里如果没有禁掉operator new和operator delete的话就会导致以

    2024年01月18日
    浏览(47)
  • 从C语言到C++_37(特殊类设计和C++类型转换)单例模式

    目录 1. 特殊类设计 1.1 不能被拷贝的类 1.2 只能在堆上创建的类 1.3 只能在栈上创建的类 1.4 不能被继承的类 1.5 只能创建一个对象的类(单例模式)(重点) 1.5.1 饿汉模式 1.5.2 懒汉模式 2. 类型转换 2.1 static_cast 2.2 reinterpret_cast 2.3 const_cast 2.4 dynamic_cast 3. RTTI(了解)和类型转换常见面

    2024年02月10日
    浏览(50)
  • 懒汉单例设计模式与饿汉单例设计模式

    单例模式即一个类确保只有一个对象,主要用于避免浪费内存 1 .饿汉单例设计模式 :拿到对象时,对象就早已经创建好了 写法: 把类的构造器私有 在类中自己创建一个对象,并赋值到一个变量 定义一个静态方法,返回自己创建的这个对象 2. 懒汉单例设计模式 :第一次拿到对象时

    2024年02月21日
    浏览(59)
  • 【设计模式】单例设计模式

    目录 1、前言 2、基本语法 2.1、懒汉式单例 2.2、饿汉式单例 2.3、双重检验锁单例模式 2.4、静态内部类单例模式 2.5、枚举单例模式 2.6、ThreadLocal单例模式 2.7、注册单例模式 3、使用场景 4、使用示例 5、常见问题 5、总结 单例模式是一种设计模式,它确保一个类只能创建一个实

    2024年02月09日
    浏览(44)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包