c++單例模式---超詳細(xì)
一.概述：
創(chuàng)新互聯(lián)專注于企業(yè)成都全網(wǎng)營(yíng)銷、網(wǎng)站重做改版、龍華網(wǎng)站定制設(shè)計(jì)、自適應(yīng)品牌網(wǎng)站建設(shè)、H5響應(yīng)式網(wǎng)站、電子商務(wù)商城網(wǎng)站建設(shè)、集團(tuán)公司官網(wǎng)建設(shè)、外貿(mào)營(yíng)銷網(wǎng)站建設(shè)、高端網(wǎng)站制作、響應(yīng)式網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)等建站業(yè)務(wù)，價(jià)格優(yōu)惠性價(jià)比高，為龍華等各大城市提供網(wǎng)站開發(fā)制作服務(wù)。
因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)或開發(fā)中，肯定會(huì)有這么一種情況，一個(gè)類只能有一個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建，如果有多個(gè)對(duì)象的話，可能會(huì)導(dǎo)致狀態(tài)的混亂和不一致。這種情況下，單例模式是最 恰當(dāng)?shù)慕鉀Q辦法。有很多地方需要這樣的功能模塊，如系統(tǒng)的日志輸出，GUI應(yīng)用必須是單鼠標(biāo)，MODEM的聯(lián)接需要一條且只需要一條電話線，操作系統(tǒng)只能有一個(gè)窗口管理器，一臺(tái)PC連一個(gè)鍵盤。單例模式有很多種實(shí)現(xiàn)方式，各自的特性不相同，使用的情形也不相同。今天要實(shí)現(xiàn)的是常用的三種，分別是餓漢式、懶漢式和多線程式。
《設(shè)計(jì)模式》一書中的實(shí)現(xiàn)有三個(gè)要素，定義一個(gè)單例類，要使用類的私有靜態(tài)指針變量指向類的唯一實(shí)例（即在類中就生成一個(gè)對(duì)象），并用一個(gè)公有的靜態(tài)方法獲取該實(shí)例，并把構(gòu)造函數(shù)定義為protected或private。
二.懶漢式實(shí)現(xiàn)單例模式：
懶漢式的特點(diǎn)是延遲加載，懶漢么，很懶，它只在要用到實(shí)例時(shí)才加載實(shí)例。
/****************************************
2 > File Name:lanhan.cpp
3 > Author:xiaoxiaohui
4 > mail:1924224891@qq.com
5 > Created Time:2016年05月07日 星期六 15時(shí)01分25秒
6 ****************************************/
7
8 #include<iostream>
9 using namespace std
10
11 class Singleton
12 {
13 private:
14 Singleton()
15 {}
16 static Singleton* _instace; //靜態(tài)的 私有的
17 public:
18 static Singleton* GetInstace()
19 {
20 if(_instance == NULL)
21 {
22 _instance = new Singleton();
23 }
24 return _instance; //如果非空則new一個(gè)對(duì)象 后者返回原來(lái)的兩個(gè)對(duì)象（所以保證了只有一個(gè)對(duì)象生成）
25 }
26
27 }
28上面的這一實(shí)現(xiàn)存在內(nèi)存泄露問題，因?yàn)闆]有釋放_(tái)instance指針，下面為懶漢式的改進(jìn)版：
8 #include<iostream>
9 using namespace std
10
11 class Singleton
12 {
13 private:
14 Singleton()
15 {}
16 static Singleton* _instance; //靜態(tài)的 私有的
17
18 class del
19 {
20 public:
21 ~del()
22 {
23 if(Singleton::_instance != NULL)
24 {
25 delete Singleton::_instance;
26 Singleton::_instance = NULL;
27 }
28 }
29 }
30 static del d; //靜態(tài)變量會(huì)在程序結(jié)束時(shí)調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)
31 public:
32 static Singleton* GetInstance()
33 {
34 if(_instance == NULL)
35 {
36 _instance = new Singleton();
37 }
38 return _instance; //如果非空則new一個(gè)對(duì)象 后者返回原來(lái)的兩個(gè)對(duì)象（所以保證了只有一個(gè)對(duì)象生成）
39 }
40
41 }該實(shí)現(xiàn)會(huì)在程序結(jié)束時(shí)調(diào)用靜態(tài)變量的析構(gòu)函數(shù)，從而delete了唯一的Singleton對(duì)象。
使用這種方法釋放單例對(duì)象有以下特征：
1.在單例類內(nèi)部定義專有的嵌套類。
2.在單例類內(nèi)定義私有的專門用于釋放的靜態(tài)成員。
3.利用程序在結(jié)束時(shí)析構(gòu)全局變量的特性，選擇最終的釋放時(shí)機(jī)。
但是現(xiàn)在還有問題，如果在多線程環(huán)境下，因?yàn)椤癷f(_instance == NULL)”并不是原子的，會(huì)存在線程安全問題（如果一個(gè)線程剛剛判斷了指針為空，這時(shí)另一個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)更高或者其它原因，打斷了原來(lái)線程的執(zhí)行，再次判斷指針也會(huì)為空，所以會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)實(shí)例）下面為多線程環(huán)境下的懶漢式單例模式：
8 #include<iostream>
9 #include<stdlib.h>
10 #include<pthread.h>
11
12 pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
13 using namespace std
14
15 class Singleton
16 {
17 private:
18 Singleton()
19 {}
20 static Singleton* _instance; //靜態(tài)的 私有的
21
22 class del
23 {
24 public:
25 ~del()
26 {
27 if(Singleton::_instance != NULL)
28 {
29 delete Singleton::_instance;
30 Singleton::_instance = NULL;
31 }
32 }
33 }
34 static del d; //靜態(tài)變量會(huì)在程序結(jié)束時(shí)調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)
35 public:
36 static Singleton* GetInstance()
37 {
38 pthread_mutex_lock(&lock);
39 if(_instance == NULL)
40 {
41 _instance = new Singleton();
42 }
43 pthread_mutex_unlock(&lock);
44 return _instance; //如果非空則new一個(gè)對(duì)象 后者返回原來(lái)的兩個(gè)對(duì)象（所以保證了只有一個(gè)對(duì)象生成）
45 }
46
47 }
48但現(xiàn)在還有問題，當(dāng)有大量的線程時(shí)，只會(huì)有一個(gè)線程進(jìn)入互斥鎖，然后執(zhí)行下面的代碼而其它線程只能等待，并且加鎖是一個(gè)繁重的過(guò)程，這樣會(huì)導(dǎo)致加很多次鎖，這樣就太不高效了。下面是高效版的多線程環(huán)境下的懶漢式單例模式：
8 #include<iostream>
9 #include<stdlib.h>
10 #include<pthread.h>
11
12 pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
13 using namespace std
14
15 class Singleton
16 {
17 private:
18 Singleton()
19 {}
20 static Singleton* _instance; //靜態(tài)的 私有的
21
22 class del
23 {
24 public:
25 ~del()
26 {
27 if(Singleton::_instance != NULL)
28 {
29 delete Singleton::_instance;
30 Singleton::_instance = NULL;
31 }
32 }
33 }
34 static del d; //靜態(tài)變量會(huì)在程序結(jié)束時(shí)調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)
35 public:
36 static Singleton* GetInstance()
37 {
38 if(_instance == NULL)
39 {
40 pthread_mutex_lock(&lock);
41 if(_instance == NULL)
42 {
43 _instance = new Singleton();
44 }
45 pthread_mutex_unlock(&lock);
46 }
47 return _instance; //如果非空則new一個(gè)對(duì)象 后者返回原來(lái)的兩個(gè)對(duì)象（所以保證了只有一個(gè)對(duì)象生成）
48 }
49
50 }這樣只有沒有Singleton實(shí)例時(shí)才會(huì)進(jìn)入加鎖的代碼，而當(dāng)有Singleton實(shí)例時(shí)不需要進(jìn)入加鎖的代碼中，直接返回已存在的實(shí)例就行了。
三.餓漢式的單例模式：在一開始就創(chuàng)建實(shí)例，要用時(shí)直接返回即可。餓汗式的單例模式?jīng)]有線程安全問題，因?yàn)樗跃€程都只能訪問一個(gè)已存在的對(duì)象，無(wú)論線程怎么調(diào)度都不會(huì)有多個(gè)對(duì)象出現(xiàn)。因?yàn)閷?duì)象是一個(gè)靜態(tài)變量（不是指針），會(huì)在程序結(jié)束時(shí)自動(dòng)調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)，所以不用考慮內(nèi)存泄露問題。
餓汗式的特點(diǎn)：代碼簡(jiǎn)單，不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄露，是線程安全的。
1 /****************************************
2 > File Name:erhan.cpp
3 > Author:xiaoxiaohui
4 > mail:1924224891@qq.com
5 > Created Time:2016年05月07日 星期六 16時(shí)10分56秒
6 ****************************************/
7
8 #include<iostream>
9 using namespace std
10
11
12 class Singleton
13 {
14 private:
15 Singleton()
16 {}
17 static Singleton instance ; //靜態(tài)變量只會(huì)有一份數(shù)據(jù)存在 從而保證只有一個(gè)實(shí)例
18 public:
19 static Singleton& GetInstance()
20 {
21 return instance;
22 }
23 }聲明一個(gè)局部的靜態(tài)變量，而靜態(tài)變量在全局范圍內(nèi)只有一份數(shù)據(jù)，所以無(wú)論調(diào)用多少此GetInstance，返回的都是那一個(gè)實(shí)例。
但這個(gè)實(shí)現(xiàn)存在問題，Singleton singleton = Singleton :: GetInstance()，這么做就出現(xiàn)了一個(gè)類拷貝的問題，這就違背了單例的特性。產(chǎn)生這個(gè)問題原因在于：因?yàn)樵谶@里沒有實(shí)現(xiàn)拷貝構(gòu)造函數(shù)，編譯器會(huì)為類生成一個(gè)默認(rèn)的拷貝構(gòu)造函數(shù)，來(lái)支持類的拷貝。
解決方法：1.自己再定義一個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)和operator=，這個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)和operator=什么都不做。
2.返回一個(gè)Singleton指針。
下面為方法2的代碼：
8 #include<iostream>
9 using namespace std
10
11
12 class Singleton
13 {
14 private:
15 Singleton()
16 {}
17 static Singleton instance ; //靜態(tài)變量只會(huì)有一份數(shù)據(jù)存在 從而保證只有一個(gè)實(shí)例
18 public:
19 static Singleton* GetInstance()
20 {
21 return &instance;
22 }
23 }總結(jié)：?jiǎn)卫Ｊ竭m用于只允許一個(gè)實(shí)例存在的情況，它的實(shí)現(xiàn)必須滿足三個(gè)條件，一是必須在類中就定義一個(gè)實(shí)例；二是必須有一個(gè)公有的靜態(tài)方法來(lái)獲取該實(shí)例；三是構(gòu)造函數(shù)必須是私有的，來(lái)保證不容許別人通過(guò)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)來(lái)生成一個(gè)實(shí)例。在實(shí)現(xiàn)時(shí)要注意內(nèi)存泄露問題，線程安全問題，性能問題。
文章名稱：c++單例模式---超詳細(xì)
URL網(wǎng)址：http://jinyejixie.com/article40/psioho.html
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