自学设计模式（类图、设计原则、单例模式 - 饿汉/懒汉）

设计模式需要用到面向对象的三大特性——封装、继承、多态（同名函数具有不同的状态）

UML类图 eg.—— 描述类之间的关系（设计程序之间画类图）

 +: public; #: protected; -: private; 下划线: static

属性名:类型（=默认值）

方法和变量分开-------

虚函数斜体，纯虚函数在虚函数类型后=0，并且类名斜体

类与类之间的关系：

1. 继承关系（空心三角形实线，箭头指父类）

2. 关联关系（单项关联、双向关联、自关联 - 链表）用带箭头和不带箭头的实现

3. 聚合关系（整体与部分的关系，整体析构部分不析构）空心菱形实线链接，指向整体

4. 组合关系（整体析构部分析构）实心菱形实线链接

5. 依赖关系（使用关系）带箭头的虚线，指向被依赖方

类之间的关系强弱：继承（泛化）>组合>聚合>关联>依赖（类图按类间最强关系就可）

设计模式三原则

单一职责原则（面向对象）：

使得类的功能尽量单一，方便管理维护，避免类的臃肿。

开放封闭原则：

对于扩展是开放的，对于修改是封闭的，增加程序可维护性可扩展性。

依赖转换原则：

高层模块不应该依赖低层模块（应用程序不直接调用API），两个都应该依赖抽象。

抽象不依赖细节，细节应该依赖抽象。（里氏代换原则）

单例模式和任务队列（类的对象只能创建出一个）

一个项目中，全局范围内，某个类的实例有且仅有一个，通过这个实例向其他模块提供数据的全局访问。（简介访问实现对于变量的保护）

将类的默认构造函数和拷贝构造函数设为private，或者将两个函数=delete；

使类无法在外面创建对象，只能通过类名访问静态属性或者方法；

懒汉模式和饿汉模式

饿汉模式——定义类的时候创建单例对象(多线程下没有线程安全问题)

// 饿汉模式
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;class A{
public:A(const A& a) = delete;A& operator =(const A& a) = delete;static A* get(){return num;}print(){cout<<"单例模式的唯一实例";}
private:A() = default; // 默认构造 static A* num;
};A* A::num = new A;int main(){A* a = A::get();a->print(); return 0;
} 

懒汉模式——什么时候使用单例对象再去创建实例（多线程下存在线程安全问题）

// 懒汉模式
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;class A{
public:A(const A& a) = delete;A& operator =(const A& a) = delete;static A* get(){num = new A;return num;}print(){cout<<"单例模式的唯一实例";}
private:A() = default; // 默认构造 static A* num;
};A* A::num = nullptr;int main(){A* a = A::get();a->print(); return 0;
} 

懒汉模式的线程安全问题

可以通过双重检查锁定解决懒汉模式的线程安全问题：1. 互斥锁（导致效率低） 2. 实例创建判定

// 懒汉模式
#include <bits/stdc++.h> 
using namespace std;class A{
public:A(const A& a) = delete;A& operator =(const A& a) = delete;static A* get(){ // first checkif(num==nullptr){lk.lock();if(num==nullptr)num = new A; // second check lk.unlock();}return num;}print(){cout<<"单例模式的唯一实例";}
private:A() = default; // 默认构造 static A* num;static mutex lk;
};A* A::num = nullptr;
mutex A::lk;int main(){A* a = A::get();a->print(); return 0;
} 

通过原子变量（atomic - 底层控制机器指令执行顺序）解决双重检查锁定的问题；放置底层的机器指令不按理想顺序执行

// 懒汉模式
#include <bits/stdc++.h> 
using namespace std;class A{
public:A(const A& a) = delete;A& operator =(const A& a) = delete;static A* get(){ // first checkA* cur = task.load();if(cur==nullptr){lk.lock();cur = task.load();if(cur==nullptr){cur = new A; // second checktask.store(cur);} lk.unlock();}return cur;}print(){cout<<"单例模式的唯一实例";}
private:A() = default; // 默认构造 static A* num;static mutex lk;static atomic<A*> task;
};A* A::num = nullptr;
mutex A::lk;
atomic<A*> A::task;int main(){A* a = A::get();a->print(); return 0;
} 

使用静态局部对象解决线程安全问题

#include <bits/stdc++.h> 
using namespace std;class A{
public:A(const A& a) = delete;A& operator =(const A& a) = delete;static A* get(){ // first checkstatic A a;return &a; }print(){cout<<"单例模式的唯一实例";}
private:A() = default; // 默认构造 
};int main(){A* a = A::get();a->print(); return 0;
} 

并发执行应当等待变量完成初始化；

总结

1. 饿汉模式不存在线程安全问题

2. 懒汉模式通过双重检查锁定+原子变量或者静态局部对象（简单）可以解决线程安全问题       

实践（多线程模式下的任务模型）

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;// 饿汉模式
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;class A{
public:A(const A& a) = delete;A& operator =(const A& a) = delete;static A* get(){return num;}print(){cout<<"单例模式的唯一实例";}bool isempty(){lock_guard<mutex> locker(m_mutex);return mis.empty(); }void add_m(int node){lock_guard<mutex> locker(m_mutex);mis.push(node);}bool minus_m(){lock_guard<mutex> locker(m_mutex);if(mis.empty())return false;else{mis.pop();}return true;}int get_m(){lock_guard<mutex> locker(m_mutex);if(mis.empty())return -1;return mis.front();	}
private:A() = default; // 默认构造 static A* num;queue<int> mis;mutex m_mutex;
};A* A::num = new A;int main(){A *a = A::get();// 生产者thread t1([=](){for(int i = 0 ; i<10 ; i++){a->add_m(i+100);cout<<"push data: "<<i+100<<" "<<"threadId: "<<this_thread::get_id()<<endl;this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(500));} });// 消费者 thread t2([=](){this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(100));while(!a->isempty()){int cur = a->get_m();cout<<"take data: "<<cur<<" "<<"threadId: "<<this_thread::get_id()<<endl;a->minus_m();this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(1000));} });// 阻塞主线程 t1.join();t2.join();return 0;
}