C++单例设计模式

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单例模式

饿汉模式

懒汉模式

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设计模式：
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。

请设计一个类，只能创建一个对象。这边是单例模式。

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。

两种方式来设计这个单例模式.

1.饿汉模式   2.懒汉模式

饿汉模式

就是说不管你将来用不用，程序启动时(main函数之前)就创建一个唯一的实例对象，形象化成为饿汉模式.

实现思路就是在类内部定义一个static成员，类型是类本身的指针，然后在类外初始化，这样就有了一份对象了，然后再在类内部写一个获得该单例对象的函数即可.于此同时，将构造函数私有化.

由于是static对象，是所有类共享的，并且只能实例化出一份。这样便完成了只能创建一个实例对象的要求.

//饿汉模式
class MemoryPool
{
public:
    //静态成员函数，返回创建好的对象_pinst.
    static MemoryPool* GetInstance()
    {
        return _pinst;
    }
    void* Alloc(size_t n)
    {
        void* ptr = nullptr;
        //...
        return _ptr;
    }
    void Dealloc(void* ptr)
    {
        //...
    }
private:
    //构造函数私有
    MemoryPool()
    {}
    char* _ptr = nullptr;
    //...
    static MemoryPool* _pinst;//声明
};
//在这里创建了对象
MemoryPool* MemoryPool::_pinst = new MemoryPool;

如何使用？

    //使用ptr1接收创建好的对象并开辟10字节的空间.
    void* ptr1 = MemoryPool::GetInstance()->Alloc(10);
    //利用GetInstance()得到对象并将ptr1释放
    MemoryPool::GetInstance()->Dealloc(ptr1);

这么使用的优点：简单，没有线程安全问题.(因为在程序启动阶段实例已经被创建和初始化，任何线程访问它时都会看到已经初始化的实例。)

缺点：1.一个程序中，多个单例，并且有前后初始化顺序要求时，饿汉模式便无法控制.

比如两个单例A和B，假设要求A先初始化，B后初始化。

根据 C++ 的静态初始化规则，编译器会按照它们在代码中的出现顺序 初始化静态成员变量。

但是当两个单例在不同的源文件中，顺序是不确定的.

2.可能会导致进程启动慢。

这个时候便引用懒汉模式.

懒汉模式

如果单例对象构造十分耗时或者占用很多资源，比如加载插件， 初始化网络连接，读取文件等等，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。

总结一句话：第一次需要使用该对象时 再创建实例对象.

class MemoryPool
{
public:
    static MemoryPool* GetInstance()
    {
        //当有对象需要使用时，第一次来是nullptr，此时再创建.
        if (_pinst == nullptr)
        {
            _pinst = new MemoryPool;
        }
        return _pinst;
    }
    void* Alloc(size_t n)
    {
        void* ptr = nullptr;
        //...
        return _ptr;
    }
    void Dealloc(void* ptr)
    {
        //...
    }
private:
    //构造函数私有
    MemoryPool()
    {}
    char* _ptr = nullptr;
    //...
    static MemoryPool* _pinst;//声明
};
MemoryPool* MemoryPool::_pinst = nullptr;//此时就先置为空，不用创建对象

优点显而易见：

1.可以控制顺序 

2.不影响启动速度

缺点：

会很复杂，存在线程安全问题.

那好像我们没有提单例对象释放的问题，单例对象需不需要释放呢？

单例对象释放问题：

1.一般情况下，单例对象是不需要释放的，因为整个程序运行期间都需要用到它.单例对象在进程结束后，也会自动资源释放.

2.有些特殊场景需要释放，比如单例对象析构时，要进行一些持久化操作(往文件和数据库写）操作.        

这样单例设计模式大体思路就说完了。