设计模式-单例模式 C++

一、简介

单例模式属于创建型模式，它提供一种创建对象的最佳方式。

单例模式的类，存在以下特点：

1、该类自己创建自己唯一的实例；

2、该类对外提供访问唯一实例的接口；

那么单例模式在什么场景适用，能够解决什么问题呢?

如果一个类的实例需要全局使用，并且不需要多个实例的时候，我们就需要为这个类使用单例模式。单例模式可以避免频繁地创建和销毁类对象，并且由于只有单实例，可以减少系统内存的使用。这些都是减少系统资源浪费，增加系统稳定性的优势。

二、怎么创建单例模式的类

首先，根据单例模式的特点，我们需要先明确单例模式需要什么

1）、为了保证类具有单实例，我们需要避免别的类对其实例化，所以需要对构造函数加以限制，使其只能类内构造；

2）、如果有必要，我们需要对单例的指针加锁保护，避免多线程的环境下，多次实例化的情况；

3）、需要准备外部能够获取这个唯一实例的接口，此接口需要定义为static类型，使其不需要依赖对象就可调用。

1、懒汉式

下面是C++参考代码

class SingleObject
{
public:
    //单例对外接口，返回唯一单例对象
    //声明为static，使其能够直接调用，不用从SingleObject调用
    static SingleObject* GetInstance()
    {
        _mutex.lock();

        if (nullptr == _instance)
        {
            _instance = new SingleObject();
        }

        _mutex.unlock();

        return _instance;
    }

    void ShowMessage()
    {
        cout << "This is a single instance!" << endl;
    }
private:
    //构造函数
    //构造函数需要声明为私有，以防止类外的实例化操作
    SingleObject(){}

    //不止默认构造函数，拷贝构造也需要显式地私有化，否则还是有在类外实例化地风险
    SingleObject(const SingleObject& other){}

private:
    //单例对象指针
    //因为静态成员函数GetInstance需要访问_instance，所以_instance也要声明为静态的
    //静态成员函数只能访问静态成员变量、其他静态成员函数和类外部的其他函数
    static SingleObject* _instance;
    //互斥锁
    static std::mutex _mutex;
};

//静态成员变量需要类外初始化
SingleObject* SingleObject::_instance = nullptr;
std::mutex SingleObject::_mutex;

使用这个单例对象

int main()
{
    SingleObject* object = SingleObject::GetInstance();

    if (nullptr != object)
    {
        object->ShowMessage();
    }

    system("pause");
    return 0;
}

上诉方式被称作“懒汉式”的单例创建方式

因为这个单实例只有外部第一次调用GetInstance的时候才会创建。

我们也可以在SingleObject类装载时，即_instance初始化的时候就进行实例化单例。这样可以不进行加所操作，因为类初始化只会进行一次。效率会比“懒汉式”更优，这种方式被称作“饿汉式”的创建方式。

饿汉式的缺点是可能会造成内存浪费，因为这个实例不一定会被使用。而且个人认为，一旦初始化的时候创建对象失败，后面没有时机进行二次创建。

2、饿汉式

参考代码

class SingleObject
{
public:
    static SingleObject* GetInstance()
    {
        return _instance;
    }

    void ShowMessage()
    {
        cout << "This is a single instance!" << endl;
    }
private:
    SingleObject() {}
    SingleObject(const SingleObject& other) {}

private:
    static SingleObject* _instance;
};

//静态成员变量需要类外初始化，直接创建对象
SingleObject* SingleObject::_instance = new SingleObject();