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单例模式
- 1. 前言
- 2. 设计一个不能被拷贝/继承的类
- 3. 只能在堆上创建对象的类
- 4. 只能在栈上创建对象的类
- 5. 只能实例化一个对象的类的介绍
- 6. 饿汉模式的具体实现
- 7. 懒汉模式的具体实现
- 8. 总结以及拓展
1. 前言
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
在实际需求的场景下,来学习这节实用课
本章重点:
本篇文章着重讲解如何设计一些特殊
的类,包括不能被拷贝,只能在栈/堆上
创建对象以及此类只能实例化一个对象,
这也就是题目中的单例模式,单例模式又
包含饿汉和懒汉模式,文章都是干货
请同学们耐心学习!
2. 设计一个不能被拷贝/继承的类
设计一个不能被拷贝的类
C++11中引入的关键字delete
就能很好的解决这个问题,并且
不仅仅要禁用拷贝,还有赋值!
class CopyBan
{
CopyBan(const CopyBan&)=delete;
CopyBan& operator=(const CopyBan&)=delete;
};
在C+98中,也有方法能够解决,
那就是显示将拷贝构造函数和
赋值运算符重载函数私有化!
class CopyBan
{
private:
CopyBan(const CopyBan&);
CopyBan& operator=(const CopyBan&);
};
设计一个不能被继承的类
使用关键字final就能解决问题
class A final
{
// ....
};
在C++98中,将构造函数私有化也能
达到目的,因为子类的构造会调用基类
的构造,如果私有了基类的构造就会报错!
class NonInherit
{
private:
NonInherit()
{}
};
3. 只能在堆上创建对象的类
只能在堆上创建对象的含义就是
必须使用new来创建对象.
本篇文章是实用性的,就直接讲方法了:
将析构函数私有化
将析构函数私有化后,由于对象析构时并不能调用到析构函数,所以不管是在堆上还是栈上创建对象都会报错!但是我们可以特殊处理,在共有域定义一个函数,此函数显示调用析构!
//思路一,封析构函数
class HeapOnly
{
public:
void destory()
{
delete this;
}
private:
~HeapOnly()
{
cout<<"调用析构成功!"<<endl;
}
};
能否达到目的大家可以自行测试!
将构造函数私有化
将构造函数设置为私有后,不管是在堆上还是栈上都不能创建对象,但是我们可以在共有域写一个函数显示去调用构造函数,注意,这里的共有域函数必须设置为static类型,因为必须有了对象后才能调用函数,但是要调用了此函数才能创建对象,就会出现先有鸡还是先有蛋的问题,所以设置为static后,可以用类域调用!
//思路二,封构造函数
class HeapOnly
{
public:
static HeapOnly* CreateObject(int x = 0)
{
return new HeapOnly(x);
}
private:
HeapOnly(int x = 0):_x(x)
{}
int _x;
};
以上两种方案真的就ok了吗?
事实上并不够ok,因为即使封掉了析构
或者是构造,人们也能用拷贝构造或
赋值来在栈上开辟空间,比如在方法二
中,我们可以这样打破规则:
HeapOnly* ho1 = HeapOnly::CreateObject(10);
HeapOnly ho(*ho1);
所以在上面两种方案的基础上
要禁用拷贝构造和赋值重载两个函数!
4. 只能在栈上创建对象的类
有了前面的思想,解决这个类型
的问题就显示很小儿科了!
同上将构造函数私有化然后设计
静态方法创建对象返回对象即可
class StackOnly
{
public:
static StackOnly CreateObj()
{
return StackOnly();
}
// 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()
:_a(0)
{}
private:
int _a;
};
5. 只能实例化一个对象的类的介绍
一个类只能实例化一个对象
这就是大名鼎鼎的"单例模式"
谈单例模式前,先谈设计模式:
单例模式就是设计模式中的一种:
单例模式在实际场景下使用非常广泛
如果你恰好在读我的并发内存池项目
亦或者是你学过线程池(thread pool),
这里都能看见单例模式的影子,并且,
单例模式有两种实现模式:
- 饿汉模式: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
- 懒汉模式:第一次使用时才创建一个唯一的实例对象
6. 饿汉模式的具体实现
注意,这里实现的是样例(demo)代码,在
不同的工程场景下需要大家做灵活的变换
// 饿汉模式
// 优点：简单
// 缺点：可能会导致进程启动慢，且如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定。
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
return _ins;
}
private:
//限制类外随意创建对象
Singleton(const Singleton& s) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;
Singleton()
{}
private:
static Singleton* _ins;
};
Singleton* Singleton::_ins = new Singleton;
单例模式的饿汉模式中,程序一启动就会
把_ins,也就是唯一的实例对象给初始化,
并且由于构造函数被私有了,只能调用共
有的GetInstance()函数获取_ins对象,又
由于这个对象是static类型的,所以不管你
调用多少次GetInstance()都获取的是同
一个对象,也就是_ins
7. 懒汉模式的具体实现
//懒汉模式
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
if (_ins == nullptr)//双检查加锁,只有第一次进来时需要加锁,其他情况不用加锁
{
imtx.lock();
if (_ins == nullptr)//第一次调用才创建实例!
{
_ins = new Singleton;
}
imtx.unlock();
}
return _ins;
}
void DelInstance()
{
imtx.lock();
if (_ins != nullptr)
{
cout << "over!!!" << endl;
delete _ins;
_ins = nullptr;
}
imtx.unlock();
}
private:
//限制类外随意创建对象
Singleton(const Singleton& s) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;
Singleton()
{}
private:
static Singleton* _ins;
static mutex imtx;
};
Singleton* Singleton::_ins = nullptr;
mutex Singleton::imtx;
与饿函数模式不同的是,懒汉模式在多线程
情况下有线程安全问题,所以在第一次拿唯
一的对象前需要加锁,并且对象在程序启动
时被置空了,只有调用了GetInstance()才会
真正的分配空间
当然,这两个模式都是样例代码,大家要随机应变
8. 总结以及拓展
特殊类的设计这块儿,大家需要在写某些
项目的时候真正运用到它才能体会出它
的作用和奥妙之处,总的来说单例模式是
使用很广泛并且很有用的一种设计模式!
对设计模式的拓展:
常见的设计模式不仅仅有单例模式,还有工厂模式、抽象工厂模式、适配器模式、装饰者模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式、观察者模式和命令模式等,如果大家有兴趣的话可以阅读这篇文章拓展自己的知识
C++常见的11种设计模式
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