單例模式及C++實現代碼

單例模式

單例模式，能夠說設計模式中最常應用的一種模式了，聽說也是面試官最喜歡的題目。可是若是沒有學過設計模式的人，可能不會想到要去應用單例模式，面對單例模式適用的狀況，可能會優先考慮使用全局或者靜態變量的方式，這樣比較簡單，也是沒學過設計模式的人所能想到的最簡單的方式了。

通常狀況下，咱們創建的一些類是屬於工具性質的，基本不用存儲太多的跟自身有關的數據，在這種狀況下，每次都去new一個對象，即增長了開銷，也使得代碼更加臃腫。其實，咱們只須要一個實例對象就能夠。若是採用全局或者靜態變量的方式，會影響封裝性，難以保證別的代碼不會對全局變量形成影響。

考慮到這些須要，咱們將默認的構造函數聲明爲私有的，這樣就不會被外部所new了，甚至能夠將析構函數也聲明爲私有的，這樣就只有本身可以刪除本身了。在Java和C#這樣純的面向對象的語言中，單例模式很是好實現，直接就能夠在靜態區初始化instance，而後經過getInstance返回，這種就被稱爲餓漢式單例類。也有些寫法是在getInstance中new instance而後返回，這種就被稱爲懶漢式單例類，但這涉及到第一次getInstance的一個判斷問題。

下面的代碼只是表示一下，跟具體哪一種語言沒有關係。

單線程中：

Singleton* getInstance()
{
    if (instance == NULL)
        instance = new Singleton();

    return instance;
}

這樣就能夠了，保證只取得了一個實例。可是在多線程的環境下卻不行了，由於極可能兩個線程同時運行到if (instance == NULL)這一句，致使可能會產生兩個實例。因而就要在代碼中加鎖。

Singleton* getInstance()
{
    lock();
    if (instance == NULL)
    {
       instance = new Singleton();
    }
    unlock();

    return instance;
}

但這樣寫的話，會稍稍映像性能，由於每次判斷是否爲空都須要被鎖定，若是有不少線程的話，就愛會形成大量線程的阻塞。因而大神們又想出了雙重鎖定。

Singleton* getInstance()
{
    if (instance == NULL)
    {
	lock();
    	if (instance == NULL)
    	{
       		instance = new Singleton();
    	}
    	unlock();
    }

    return instance;
}

這樣只夠極低的概率下，經過越過了if (instance == NULL)的線程纔會有進入鎖定臨界區的可能性，這種概率仍是比較低的，不會阻塞太多的線程，但爲了防止一個線程進入臨界區建立實例，另外的線程也進去臨界區建立實例，又加上了一道防護if (instance == NULL)，這樣就確保不會重複建立了。

 

經常使用的場景

單例模式經常與工廠模式結合使用，由於工廠只須要建立產品實例就能夠了，在多線程的環境下也不會形成任何的衝突，所以只須要一個工廠實例就能夠了。

 

優勢

1.減小了時間和空間的開銷（new實例的開銷）。

2.提升了封裝性，使得外部不易改動實例。

 

缺點

1.懶漢式是以時間換空間的方式。

2.餓漢式是以空間換時間的方式。

 

C++實現代碼

#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_


class Singleton{
public:
	static Singleton* getInstance();

private:
	Singleton();
	//把複製構造函數和=操做符也設爲私有,防止被複制
	Singleton(const Singleton&);
	Singleton& operator=(const Singleton&);

	static Singleton* instance;
};

#endif

 

#include "Singleton.h"


Singleton::Singleton(){

}


Singleton::Singleton(const Singleton&){

}


Singleton& Singleton::operator=(const Singleton&){

}


//在此處初始化
Singleton* Singleton::instance = new Singleton();
Singleton* Singleton::getInstance(){
	return instance;
}

 

#include "Singleton.h"
#include <stdio.h>


int main(){
	Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();
	Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();

	if (singleton1 == singleton2)
		fprintf(stderr,"singleton1 = singleton2\n");

	return 0;
}

1 g++ -o client Singleton.cpp client.cpp

運行結果