C++单例设计模式详细讲解

特殊类设计只能在堆上创建对象的类请设计一个类只能在堆上创建对象实现方式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。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1234567891011121314151617classtest{public:statictest* GetObj(){returnnewtest();//堆上申请并创建一个对象}private://构造函数私有test() { cout 调用了构造函数 endl; }//拷贝构造私有化无法实例化对象test(consttest obj){};};voidfunc1(){test* p test::GetObj();//通过调用静态函数获取对象的指针}请设计一个类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。12345678910111213//只能在栈上创建对象classtest1{public:statictest1 GetObj(){returntest1();//栈上创建一个对象并返回}test1() { cout 调用了构造函数 endl; }private://拷贝构造私有化无法实例化对象test1(consttest1 obj) { }};方法二屏蔽new因为new在底层调用void* operator new(size_t size)函数会在堆上开辟空间我们只需要在类里面自定义定位new和delete就会不再new的时候调用全局的operator new和operator delete 最后该函数私有化也就防止了在堆上创建对象注意也要防止定位new12345678910111213141516classtest02{public:test02(){ }private://自定义的定位new、定位deletevoid*operatornew(size_tsize){//代码....}voidoperatordelete(void*p){//代码....}};请设计一个类不能被拷贝拷贝只会放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。C98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可以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。C11的写法也可以在 默认成员函数后面加上delete表示让编译器删除掉该默认成员函数12345678classCopyBan{// ...private:CopyBan(constCopyBan);CopyBan operator(constCopyBan);//...};请设计一个类不能被继承C98会对父类的构造函数私有化但是这个方法并不够彻底实际上是子类还是继承了父类的只是没办法实例化对象那么也就没有意义了12345classtest{private:test(){}}C11方法final关键字final修饰类表示该类不能被继承1234classA final{// ....};请设计一个类只能创建一个对象(单例模式)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。为什么会产生设计模式这样的东西呢就像人类历史发展会产生兵法。最开始部落之间打仗时都是人拼人的对砍。后来春秋战国时期七国之间经常打仗就发现打仗也是有套路的后来孙子就总结出了《孙子兵法》。孙子兵法也是类似。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。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。实现方法在类里面定义一个静态的成员指针obj通过提供一个静态的成员函数获取该指针obj12345678910111213classSingleton{public:staticSingleton* GetInstance(){returnobj;}private:Singleton() {}Singleton(constSingleton obj) {}staticSingleton* obj;};Singleton* Singleton::obj newSinglet on;懒汉模式、如果在套用单例设计模式单例对象构造十分耗时或者占用很多资源比如加载插件啊 初始化网络连接啊读取文件啊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。懒汉模式我们需要考虑到多线程的安全隐患和处理的返回值指针指向的永远都是同一个对象的指针这样子才不会失去单例对象的性质主要改变的是static Singleton* GetInstance()接口函数的设计123456789101112131415161718192021staticSingleton* GetInstance(){//如果只有一层的if判断的我们的程序就会存在一定的问题//在多线程的场景下多个线程都是比较自由的可读可写、或者只读、只写//这样在一些场景下就会导致单例对象失去他本身的性质//比如两个线程 th1、th2同时进入到了if语句中假设th1会先执行。//为obj 申请了一个对象并返回它的指针难么这个实例对象也就创建了//最后return objth1结束后(不确定结束时间)//th2又会再次new一个对象给obj,最后导致obj被赋值两次//整个过程梳理//1、th1线程存在内存泄漏因为obj被赋值两次而第一次new出来的对象并没有被释放那么就存在了内存泄漏//2、obj被赋值两次失去单例对象性质if(!obj){if(!obj){obj newSingleton();}}returnobj;//返回对象的指针}改善一引入C11线程库加入互斥锁管理线程12345678910111213141516staticSingleton* GetInstance(){//通过加锁保证了线程安全m_mtx.lock();//加锁//假设th1先拿到锁那么th1就会先执行下面的语句而th2就会等待//obj就会指向new出来的单例对象最后th1解锁完了return ,而th2//才刚拿到锁继续if判断的时候obj已经有值了就会跳过if继续往下执//行然后解锁最终return ,整个过程中单例对象只有一份//不存在二次赋值if(!obj){obj newSingleton();}m_mtx.unlock();//解锁returnobj;//返回对象的指针}进一步优化因为第一次加锁解锁之后处理了线程安全的问题而往后的obj指针已经被初始化了也就不需要再new一次所以可以再最外层套上一层if判断防止继续枷锁解锁因为频繁的加锁解锁会导致线程不断的切入切出有上下文切换的开销123456789101112131415staticSingleton* GetInstance(){if(!obj)//第一次判断保护线程安全第二次obj已经有值不需要执行{....}//优点保证线程安全的同时完成了单例对象的初始化{m_mtx.lock();//加锁if(!obj)//保证单例对象只有一份不会存在二次赋值{obj newSingleton();}m_mtx.unlock();//解锁}returnobj;//返回对象的指针}完善实现12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940//懒汉classSingleton{public:classCGarbo {public:~CGarbo() {if(obj)//释放对象指针并置空{deleteobj;obj nullptr;}}};public:staticSingleton* GetInstance(){//双重检查的好处是保护了线程安全同时又提高了效率if(!obj){m_mtx.lock();//加锁if(!obj){obj newSingleton();}m_mtx.unlock();//解锁}returnobj;//返回对象的指针}private:Singleton() {}Singleton(constSingleton obj) {}voidoperator(constSingleton obj) {}staticSingleton* obj;//声明对象指针staticmutex m_mtx;//声明互斥锁staticCGarbo Garbo;//声明垃圾回收器对象};Singleton* Singleton::obj nullptr;//对象指针初始化mutex Singleton::m_mtx;//定义互斥锁Singleton::CGarbo Garbo;//定义垃圾回收器对象懒汉模式和饿汉模式的对比饿汉优点简单缺点1、如果单例对象构造函数工作比较多会导致程序启动慢,迟迟进不了入口main函数2、如果有多个单例对象他们之间有初始化依赖关系饿汉模式也会有问题。比如有A和B两个单例类要求A单例先初始化B必须在A之后初始化。那么饿汉无法保证这种场景下面用懒汉就可以懒汉可以先调用A::GetInstance(),再调用B::GetInstance().懒汉优点解决上面饿汉的缺点。因为他是第一次调用GetInstance时创建初始化单例对象缺点相对饿汉复杂一点点。迭代器模式、适配器模式设计模式有兴趣的同学可以下去再看看工厂模式、观察者模式等等