[C++][特殊类设计][单例模式]详细讲解

1.[不能被拷贝]

拷贝只会发生在两个场景中：
- 拷贝构造函数 以及赋值运算符重载
- 因此想要让一个类禁止拷贝，只需让该类不能调用拷贝构造函数以及赋值运算符重载即可
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，不写反而还简单，而且如果定义了就不会防止成员函数内部拷贝了

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class CopyBan
{
    // ...
private:
    CopyBan(const CopyBan &);
    CopyBan& operator=(const CopyBan&);
    //...
};

C++11
- C++11扩展delete 的用法，delete除了释放new申请的资源外，如果在默认成员函数后跟上 =delete，表示让编译器删除掉该默认成员函数

cpp 复制代码

class CopyBan
{
    // ...
    CopyBan(const CopyBan&) = delete;
    CopyBan& operator=(const CopyBan&) = delete;
    //...
};

2.[只能在堆上创建对象]

实现方式：
1. 将类的构造函数私有 ，拷贝构造声明成私有。防止别人调用拷贝在栈上生成对象
2. 提供一个静态的成员函数 ，在该静态成员函数中完成堆对象的创建

cpp 复制代码

class HeapOnly
{
public:
    // 提供一个公有的，获取对象的方式，对象则控制是new出来的
    static HeapOnly* CreateObject()
    {
        return new HeapOnly;
    }

    // 防拷贝
    HeapOnly(const HeapOnly& hp) = delete;
    HeapOnly& operator=(const HeapOnly& hp) = delete;
private:
    // 构造函数私有
    HeapOnly()
    {}
};

3.[只能在栈上创建对象]

**方法一：**同上将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回即可

cpp 复制代码

class StackOnly
{
public:
    static StackOnly CreateObj()
    {
        return StackOnly();
    }

    // 不能防拷贝，若delete拷贝构造，则无法传值返回
    // 不好处理，算是一个小缺陷

    // 禁掉operator new可以把下面用new调用拷贝构造申请对象给禁掉
    // StackOnly obj = StackOnly::CreateObj();
    // StackOnly* ptr3 = new StackOnly(obj);

    void* operator new(size_t size) = delete;
    void operator delete(void* p) = delete;
private:
    StackOnly()
    {}
};

4.[请设计一个类，不能被继承]

C++98

cpp 复制代码

// C++98中构造函数私有化，派生类中调不到基类的构造函数。则无法继承
class NonInherit
{
public:
    static NonInherit GetInstance()
    {
        return NonInherit();
    }
private:
    NonInherit()
    {}
};

C++11**：final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承**

cpp 复制代码

class A final
{
    // ....
};

5.[只能创建一个对象(单例模式)]

0. 设计模式

设计模式(Design Pattern)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
- 设计模式使代码编写真正工程化；设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一样

1.单例模式

一个类只能创建一个对象，即单例模式，该模式可以保证系统中该类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享
- 比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息，这种方式简化了在复杂环境下的配置管理
- 单例模式有两种实现模式

2.饿汉模式

饿汉模式 -- 一开始(main函数之前)就创建出对象
就是说不管你将来用不用，程序启动时就创建一个唯一的实例对象
优点：
- 简单、没有线程安全问题
- 如果这个单例对象在多线程高并发环境下频繁使用，性能要求较高，那么显然使用饿汉模式来避免资源竞争，提高响应速度更好
缺点：
- 一个程序中，多个单例，并且有先后创建初始化顺序要求时，饿汉无法控制
- 饿汉单例类，初始化时任务多，会影响程序启动速度

cpp 复制代码

class Singleton
{
public:
    static Singleton* GetInstance()
    {
        return &_inst;
    }
private:
    // 构造函数私有
    Singleton(){};

    // C++11 -- 防拷贝
    Singleton(Singleton const&) = delete;
    Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;

    static Singleton _inst; // 声明
};
Singleton Singleton::_inst; // 在程序入口之前就完成单例对象的初始化

3.懒汉模式

如果单例对象构造十分耗时或者占用很多资源，比如加载插件，初始化网络连接，读取文件等等，而有可能该对象程序运行时不会用到，那么也要在程序一开始就进行初始化，就会导致程序启动时非常的缓慢
所以这种情况使用**懒汉模式(延迟加载)**更好
优点：
- 控制顺序
- 不影响启动速度
缺点：
- 相对复杂
- 线程安全问题要处理好

cpp 复制代码

class Singleton
{
public:
    static Singleton* GetInstance()
    {
        // 注意这里一定要使用Double-Check的方式加锁，才能保证效率和线程安全
        if (nullptr == _pinst)
        {
            m_mtx.lock();
            if (nullptr == _pinst) // 第一次调用的时候才创建对象
            {
                _pinst = new Singleton();
            }
            m_mtx.unlock();
        }
        return _pinst;
    }

    // 实现一个内嵌垃圾回收类
    class CGarbo
    {
    public:
        ~CGarbo()
        {
            if (Singleton::_pinst)
                delete Singleton::_pinst;
        }
    };

    // 定义一个静态成员变量，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数从而释放单例对象
    static CGarbo Garbo;

private:
    // 构造函数私有
    Singleton(){};

    // 防拷贝
    Singleton(Singleton const &);
    Singleton& operator=(Singleton const&);

    static Singleton* _pinst;      // 单例对象指针
    static mutex m_mtx;            // 互斥锁
};

Singleton* Singleton::_pinst = nullptr;
Singleton::CGarbo Garbo;
mutex Singleton::m_mtx;

4.单例对象释放问题

一般情况下，单例对象不需要释放的
- 因为一般整个程序运行期间都可能会用它
- 单例对象在进程正常结束后，也会资源释放
有些特殊场景需要释放，比如单例对象析构时，要进行一些持久化(往文件、数据库写)操作

[C++][特殊类设计][单例模式]详细讲解

目录

1.[不能被拷贝]

2.[只能在堆上创建对象]

3.[只能在栈上创建对象]

4.[请设计一个类，不能被继承]

5.[只能创建一个对象(单例模式)]

0. 设计模式

1.单例模式

2.饿汉模式

3.懒汉模式

4.单例对象释放问题