C++ 超詳細深入分析單例模式
不能被拷貝的類
拷貝只會放生在兩個場景中:拷貝構造函數(shù)以及賦值運算符重載,因此想要讓一個類禁止拷貝,只需讓該類不能調用拷貝構造函數(shù)以及賦值運算符重載即可。
C++98
將拷貝構造函數(shù)與賦值運算符重載只聲明不定義,并且將其訪問權限設置為私有即可。
class CopyBan
{
//...
private:
CopyBan(const CopyBan&);
CopyBan& operator=(const CopyBan&);
//...
};
原因:
設置成私有:如果只聲明沒有設置成private,用戶自己如果在類外定義了,就可以不能禁止拷貝了
只聲明不定義:不定義是因為該函數(shù)根本不會調用,定義了其實也沒有什么意義,不寫反而還簡單,而且如果定義了就不會防止成員函數(shù)內(nèi)部拷貝了。
C++11
C++11擴展delete的用法,delete除了釋放new申請的資源外,如果在默認成員函數(shù)后跟上=delete,表示讓編譯器刪除掉該默認成員函數(shù)。
class CopyBan
{
//...
CopyBan(const CopyBan&) = delete;
CopyBan& operator = (const CopyBan&) = delete;
//...
};
只能在堆上創(chuàng)建對象的類
實現(xiàn)方式:
將類的構造函數(shù)私有,拷貝構造聲明成私有。防止別人調用拷貝在棧上生成對象。
提供一個靜態(tài)的成員函數(shù),在該靜態(tài)成員函數(shù)中完成堆對象的創(chuàng)建
class HeapOnly
{
public:
//提供一個static公有函數(shù)創(chuàng)建對象,對象創(chuàng)建的都在堆上
static HeapOnly* CreateObject()
{
return new HeapOnly;
}
private:
HeapOnly(){}
//C++98 防拷貝 只聲明,不實現(xiàn)
HeapOnly(const HeapOnly&);
//C++11
HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};
只能在棧上創(chuàng)建對象的類
方法一:同上將構造函數(shù)私有化,然后設計靜態(tài)方法創(chuàng)建對象返回即可。
class StackOnly
{
public:
StackOnly(){}
public:
//C++11
void* operator new(size_t size) = delete;
void operator delete(void* p) = delete;
private:
//C++98 防調用
void* operator new(size_t size);
void operator delete(void* p);
};
屏蔽new
因為new在底層調用void* operator new(size_t size)函數(shù),只需將該函數(shù)屏蔽掉即可。注意:也要防止定位new
class StackOnly
{
public:
StackOnly(){}
private:
void* operator new(size_t size);
void operator delete(void* p);
};
不能被繼承的類
C++98
//C++98這種方式不夠直接
//這里是可以繼承的,但是Derive不能創(chuàng)建對象,因為Derive的構造函數(shù)必須要調用父類NonOnherit構造,但是NonInherit的構造函數(shù)私有了,私有在子類不可見,那么這里繼承不會報錯,繼承的子類創(chuàng)建對象會報錯
class NonInherit
{
public:
static NonInherit GetInstance()
{
return NonInherit();
}
private:
NonInherit()
{}
};
C++11
final關鍵字,final修飾類,表示該類不能被繼承。
class A final
{
//...
};
只能創(chuàng)建一個對象的類(單例模式)
設計模式
設計模式(Design Pattern)是一套被反復使用、多數(shù)人知曉的、經(jīng)過分類的、代碼設計經(jīng)驗的總結。為什么會產(chǎn)生設計模式這樣的東西呢?就像人類歷史發(fā)展會產(chǎn)生兵法。最開始部落之間打仗時都是人拼人的對砍。后來春秋戰(zhàn)國時期,七國之間經(jīng)常打仗,就發(fā)現(xiàn)打仗也是有套路的,后來孫子就總結出了《孫子兵法》。孫子兵法也是類似。
使用設計模式的目的:為了代碼可重用性、讓代碼更容易被他人理解、保證代碼可靠性。 設計模式使代碼編寫真正工程化;設計模式是軟件工程的基石脈絡,如同大廈的結構一樣。
單例模式
定義一個全局對象,大家都能用,也能保證單例,但這種方式存在很大的缺陷,你要讓大家都能用,這個對象就只能定義在一個.h,如果這個.h在多個.cpp包含,那么鏈接會報錯。全局靜態(tài),只在當前文件可見,不再是同一個對象,每個xxx.cpp中各自是一個對象。 extern可以使鏈接不報錯,但不能保證全局只有唯一一個v,可能某個地方又重新定義了一個變量v 所以我們可以在.h中聲明,在.cpp中定義,聲明和定義分離。否則在.h中定義,多個cpp包含就會有多份。
某些類, 只應該具有一個對象(實例), 就稱之為單例.
在很多服務器開發(fā)場景中, 經(jīng)常需要讓服務器加載很多的數(shù)據(jù) (上百G) 到內(nèi)存中. 此時往往要用一個單例的類來管理這些數(shù)據(jù)
單例模式有兩種實現(xiàn)模式:餓漢實現(xiàn)方式和懶漢實現(xiàn)方式
[洗碗的例子]: 吃完飯, 立刻洗碗, 這種就是餓漢方式. 因為下一頓吃的時候可以立刻拿著碗就能吃飯. 吃完飯, 先把碗放下, 然后下一頓飯用到這個碗了再洗碗, 就是懶漢方式. 懶漢方式最核心的思想是 “延時加載”. 從而能夠優(yōu)化服務器的啟動速度.
餓漢模式
在main函數(shù)之前,一開始就創(chuàng)建對象
.h:
//餓漢模式:main函數(shù)之前,一開始就創(chuàng)建對象
//全局只要唯一的Singleton實例對象,那么他里面的成員也就是單例的
class Singleton
{
public:
//3.提供一個獲取單例對象的static成員函數(shù)
static Singleton& GetInstance();
//如果vector對象是私有,想訪問,只能再封裝一層
//void PushBack(int x)
//{
// _v.push_back(x);
//}
vector<int> _v;
private:
//vector<int> _v;
//1.構造函數(shù)私有化,不能隨意創(chuàng)建對象
Singleton()
{}
//防拷貝
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
//2.類里面聲明一個static Singleton對象,在cpp定義這個對象
//保證全局只要一個唯一對象
//這里的static類比的是全局變量,只是受類域的限制,沒有改變鏈接屬性
static Singleton _sinst;
};
.cpp:
#include "Singleton.h"
//定義
Singleton Singleton::_sinst;
Singleton& Singleton::GetInstance()
{
return _sinst;
}
優(yōu)點:簡單
缺點:main函數(shù)之前創(chuàng)建初始化的。如果單例對象的構造函數(shù)中要做很多工作,可能會導致進程啟動慢。
且如果有多個單例類對象實例啟動順序不確定。

如果這個單例對象在多線程高并發(fā)環(huán)境下頻繁使用,性能要求較高,那么顯然使用餓漢模式來避免資源競爭,提高響應速度更好。
懶漢模式
餓漢式在應用啟動時就創(chuàng)建了 實例,餓漢式是線程安全的,是絕對單例的。懶漢式在對外提供的獲取方法被調用時會實例化對象。在多線程情況下,懶漢模式不是線程安全的。
第一次使用實例對象時,創(chuàng)建對象。進程啟動無負載。多個單例實例啟動順序自由控制。
//定義
Singleton* Singleton::_spinst = nullptr;
mutex Singleton::_mtx;
Singleton& Singleton::GetInstance()
{
//雙檢查加鎖 提高效率
if (_spinst == nullptr)
{
_mtx.lock();
if (_spinst == nullptr)
{
//第一次調用
_spinst = new Singleton;
}
_mtx.unlock();
}
return *_spinst;
}
void Singleton::DelInstance()
{
if (_spinst != nullptr)
{
_mtx.lock();
if (_spinst != nullptr)
{
delete _spinst;
_spinst = nullptr;
}
_mtx.unlock();
}
}

#pragma once
#include <vector>
#include <iostream>
#include <mutex>
using namespace std;
//懶漢模式:第一次調用GetInstance時,才會創(chuàng)建初始化單例對象
//相對于餓漢,不存在可能會導致啟動慢的問題,也可以控制順序依賴的問題了
class Singleton
{
public:
//3.提供一個獲取單例對象的static成員函數(shù)
static Singleton& GetInstance();
//如果vector對象是私有,想訪問,只能再封裝一層
//void PushBack(int x)
//{
// _v.push_back(x);
//}
vector<int> _v;
//或實現(xiàn)一個內(nèi)嵌垃圾回收類
class CGarbo {
public:
~CGarbo() {
if (Singleton::_spinst)
delete Singleton::_spinst;
}
};
//定義一個靜態(tài)成員變量,程序結束時,系統(tǒng)會自動調用它的析構函數(shù)從而釋放單例對象
static CGarbo Garbo;
private:
//vector<int> _v;
//1.構造函數(shù)私有化,不能隨意創(chuàng)建對象
Singleton()
{}
//防拷貝
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
//2.類里面聲明一個static Singleton對象,在cpp定義這個對象
//保證全局只要一個唯一對象
static Singleton* _spinst;
static mutex _mtx;
};
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