c++设计模式

一、单例模式

若有class A,整个程序中保证A类只有一个对象。
1.为了保证只有一个实例，那么就不能让A类随意创建对象，也就不能调用构造函数，那么就需要把构造函数私有化。
2.需要私有的静态当前类的指针成员变量。
私有：保证无法在类外对成员变量进行操作。
静态：保证类的对向只有一个。
3.需要一个函数GetInstance()来返回单例模式的对象，因为构造函数私有化所以无法在类外构造对象。那么GetInstance()函数就作为静态接口，直接通过类名来调用函数。由于静态函数只能调用静态变量，因此A类中的成员变量也需要是静态。由于成员变量是静态的，所以要在类外进行初始化。
4.**对象释放的问题：**由于单例模式只有一个对象，所以占用内存很少，不用专门释放内存，等到程序结束后系统将所有内存回收即可。

1.懒汉模式

第一次调用获取实例的函数GetInstance()时才创建对象。

//懒汉模式
class SingletonLazy{
private:
	//1.构造函数私有化
    SingletonLazy(){}
    //2.私有的静态当前类的指针成员变量
    static SingletonLazy* pSingleton;
    
public:
	//3.获取对象的静态接口
    static SingletonLazy* GetInstance(){
        if(pSingleton == nullptr){
            pSingleton = new SingletonLazy;
        }
        return pSingleton;
    }
};
SingletonLazy* SingletonLazy::pSingleton = nullptr;

1）内部静态变量的懒汉实现

内部静态变量的懒汉实现
template <typename T>
class Singleton
{
public:
    // 获取单实例对象
    static T &GetInstance()
    {
        // 局部静态特性的方式实现单实例
        static T single;
        return single;
    }
    // 禁止外部复制构造
    Singleton(const Singleton &single) = delete;

    // 禁止外部赋值操作
    const Singleton &operator=(const Singleton &single) = delete;

    // 禁止外部析构
    virtual ~Singleton(){}
protected:
    Singleton(){}

};

如果在变量初始化过程中，多个线程同时进入声明，那么并发执行将会等待初始化完成。

如果多个线程同时尝试访问变量的声明static T single;，并且在变量正在初始化的过程中，这些线程的执行将会同步进行。线程将会等待初始化完成，然后再继续执行。
这个行为确保了同一时间只有一个线程能够初始化静态局部变量，避免了竞争条件和不一致的状态。它保证了在任何线程被允许访问变量之前，变量都会完全初始化。因此，在提供的代码中，如果多个线程尝试同时访问单例的 GetInstance() 方法，并且在静态局部变量初始化过程中，这些并发执行的线程将会等待初始化完成。这样确保了线程安全性，并消除了在初始化过程中可能出现的并发访问问题。

2.饿汉模式

直接在类外初始化对象时直接创建。在main函数执行之前就已经创建好对象。

//饿汉模式
class SingletonHungry{
private:
    //1.构造函数私有化
    SingletonHungry(){}
    //2.私有的静态当前类的指针成员变量
    static SingletonHungry* pSingleton;

public:
    //3.获取对象的静态接口
    static SingletonHungry* GetInstance(){
        return pSingleton;
    }
};
SingletonHungry* SingletonHungry::pSingleton = new SingletonHungry;

单例模式遇到多线程

1.懒汉模式在GetInstance函数中创建对象，那么如果多线程同时调用GetInstance函数时，那么线程不安全。
2.饿汉模式在main函数执行前就已经创建好了对象，就不会同时对单例对对象进行操作，所以线程安全。