C++设计模式——单例模式

单例设计模式

• 应用场景
• 特点
• 设计模式分类
• • 懒汉设计模式
  • 饿汉设计模式
  • 使用
  • • 编写的测试代码
    • 运行结果

应用场景

当多个类都需要调用某一个类的一些公共接口，同时不想创建多个该类的对象，可以考虑将该类封装为一个单例模式。

特点

单例模式的特点：
1.只有一个单例对象。因而构造函数需要私有化，不能被外界访问。同时也不能进行对象的拷贝和赋值操作，故而也需要将拷贝构造函数和赋值运算符重载函数删除或者私有。
2.提供对外获取实例对象的公共访问接口。其它类可以通过这个接口获取单例对象。

设计模式分类

单例模式可以分为懒汉模式和饿汉模式。

所谓懒汉模式，就是当程序运行过程中需要单例对象的时候再创建。

所谓饿汉模式，就是定义类的时候就创建单例对象。

懒汉设计模式

1.懒汉设计模式下的单例模式，如果项目很简单，不需要考虑多线程的问题，可以这样编写懒汉模式下的单例模式。

class Singleton
{
private:
	Singleton()=default;
	Singleton(const Singleton&)=delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
public:
	static Singleton* getInstance() 
	{
		if (m_pInstance == nullptr)
		{
			m_pInstance = new Singleton;
		}
		return m_pInstance;
	}
private:
	static Singleton *m_pInstance;
	static mutex m_mutex;
};
Singleton *Singleton::m_pInstance = nullptr;
mutex Singleton::m_mutex;

2.下面是懒汉设计模式下的单例模式示例，这里考虑多线程，故而引入双重检查锁来保护单例对象的创建，是线程安全的。

class Singleton
{
private:
	Singleton()=default;
	Singleton(const Singleton&)=delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
public:
	static Singleton* getInstance() 
	{//双重检查锁定
		if (m_pInstance == nullptr)//注意这里的判断条件
		{
			lock_guard<mutex> locker(m_mutex);//注意这里的参数
			if (m_pInstance == nullptr)
			{
				m_pInstance = new Singleton;
			}
		}
		return m_pInstance;
	}
private:
	static Singleton *m_pInstance;
	static mutex m_mutex;
};
Singleton *Singleton::m_pInstance = nullptr;
mutex Singleton::m_mutex;

3.还可以在支持C++11的编译器基础之上，使用static创建懒汉模式下的单例对象。（并发程序中会等待变量初始化完成）也是线程安全的。

class Singleton 
{
private:
	Singleton() = default;
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton &) = delete;
public:
	static Singleton* getInstance() 
	{
		static Singleton instance;
		return &instance;//注意返回的指针，若返回变量对象，会调用拷贝构造函数出现错误
	}
};

饿汉设计模式

这里提供两种编写的方式，但无论哪种，都是先创建实例对象。

1.以指针的形式创建对象。

class Singleton
{
private:
	Singleton() = default;
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
public:
	static Singleton* getInstance()
	{
		return m_pInstance;
	}
private:
	static Singleton *m_pInstance;
};
Singleton* Singleton::m_pInstance = new Singleton;

2.以对象的方式创建。

class Singleton 
{
private:
	Singleton() = default;
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
public:
	static Singleton* getInstance() 
	{
		return &m_instance;
	}
private:
	static Singleton m_instance;
};
Singleton Singleton::m_instance;

使用

编写的测试代码

这里创建两次单例对象，输出对象的地址，看看是否是同一个实例。

Singleton *p1 = Singleton::getInstance();
Singleton *p2 = Singleton::getInstance();
cout << "p1:" << p1 << " p2:" << p2 << endl;

运行结果

注意：本文没有给出编程过程中实际需要的头文件，测试代码也只给出用于测试的部分。