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设计模式——单例模式(懒汉和饿汉)

单例模式

一、概念

单例模式是一种对象创建型模式,使用单例模式,可以保证为一个类只生成唯一的实例对象。也就是说,在整个程序空间中,该类只存在一个实例对象。一个类只能有一个实例在生活中是很常见的,比如打印机程序,政府部门。
GoF对单例模式的定义是:保证一个类、只有一个实例存在,同时提供能对该实例加以访问的全局访问方法。

二、单例模式应用场景

在应用系统开发中,我们常常有以下需求:

  • 在多个线程之间,比如初始化一次socket资源;比如servlet环境,共享同一个资源或者操作同一个对象
  • 在整个程序空间使用全局变量,共享资源
  • 大规模系统中,为了性能的考虑,需要节省对象的创建时间等等。

因为Singleton模式可以保证为一个类只生成唯一的实例对象,所以这些情况,Singleton模式就派上用场了。

三、实现步骤

  • 1、构造函数私有化
  • 2、提供一个全局的静态方法(全局访问点)
  • 3、在类中定义一个静态指针,指向本类的变量的静态变量指针

四、具体实现

(1)懒汉式

#include <iostream>
using namespace std;//懒汉式
class Singelton
{
private://构造函数前面不能加static,用指针代替Singelton(){cout << "Singelton 构造函数执行" << endl;}
public:static Singelton *getInstance(){if (m_psl == NULL){m_psl = new Singelton();}return m_psl;}static void FreeInstance(){if (m_psl != NULL){delete m_psl;m_psl = NULL; }}private:static Singelton *m_psl;
};
//对静态成员进行初始化
Singelton *Singelton::m_psl = NULL;int main(void)
{Singelton *p1 = Singelton::getInstance();Singelton *p2 = Singelton::getInstance();if (p1 == p2){cout << "是同一个对象" << endl;}else{cout << "不是同一个对象" << endl;}Singelton::FreeInstance();return 0;
}

运行结果如下:

(2)饿汉式

#include <iostream>
using namespace std;//饿汉式
class Singelton
{
private:Singelton(){cout << "Singelton 构造函数执行" << endl;}
public:static Singelton *getInstance(){return m_psl;}static void FreeInstance(){if (m_psl != NULL){delete m_psl;m_psl = NULL; }}private:static Singelton *m_psl;
};//int g_count = 0;
//饿汉式
Singelton *Singelton::m_psl = new Singelton();int main(void)
{Singelton *p1 = Singelton::getInstance();Singelton *p2 = Singelton::getInstance();if (p1 == p2){cout << "是同一个对象" << endl;}else{cout << "不是同一个对象" << endl;}Singelton::FreeInstance();return 0;
}

运行结果如下:

模式优势劣势
懒汉模式延迟加载:首次调用才会创建实例对象
1.多线程环境可能出现多重实例;
2.开销大,要使用同步机制来保证线程安全
饿汉模式类在加载时就创建好了,不存在线程安全问题浪费资源

五、多线程下的懒汉式单例和饿汉式

"懒汉"模式虽然有优点,但是每次调用GetInstance()静态方法时,必须判断NULL == m_instance,使程序相对开销增大。多线程中会导致多个实例的产生,从而导致运行代码不正确以及内存的泄露。

C++中构造函数并不是线程安全的,C++中的构造函数简单来说分两步:

  • 第一步:内存分配
  • 第二步:初始化成员变量
    由于多线程的关系,可能当我们在分配内存好了以后,还没来得急初始化成员变量,就进行线程切换,另外一个线程拿到所有权后,由于内存已经分配了,但是变量初始化还 没进行,因此打印成员变量的相关值会发生不一致现象。

所以多线程下建议使用饿汉式,如果使用懒汉示则需要加锁同步。

六、案例扩展

创建一个 SingleObject 类。SingleObject 类有它的私有构造函数和本身的一个静态实例。

SingleObject 类提供了一个静态方法,供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo,我们的演示类使用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。

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