Qt中的单例模式

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Chapter1 Qt中的单例模式

原文链接：https://blog.csdn.net/baidu_18624493/article/details/130573407

一、什么是单例模式？

    单例模式是一种创建型设计模式，用于确保类只有一个实例存在，并提供全局访问点以便于其他对象获取该实例。

    在单例模式中，类只能实例化一次，并提供了一个静态方法或全局访问点来获取该实例。这样可以确保在整个应用程序中只有一个实例存在，并且可以通过该实例进行操作和访问。

单例模式的特点包括：

单一实例：单例模式确保类只有一个实例存在。

全局访问点：通过静态方法或全局访问点获取单例对象，可以在任何地方访问该对象。

延迟初始化：单例对象通常在首次访问时才会被创建，实现了延迟初始化的效果。

限制对象创建：通过私有构造函数，限制其他类直接实例化单例对象。

    单例模式在很多情况下都有用处，例如在需要共享资源、管理全局状态、控制资源访问等场景下可以使用单例模式。然而，过度使用单例模式可能导致代码的可测试性和可维护性下降，因此需要谨慎使用。

二、Qt中单例模式的实现

    在Qt中，可以使用以下几种方式来实现单例模式。

2.1、静态成员变量

在类的私有静态成员变量中保存单例对象的指针，并提供一个静态方法来获取该对象。在静态方法中判断对象是否为空，如果为空则创建一个新的对象，否则返回已有的对象。这种方式保证了只有一个实例存在，并且在需要时进行延迟创建。

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
 
    Singleton() {}
 
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};
 
Singleton* Singleton::instance = nullptr;

使用时，通过静态方法getInstance()获取单例对象：

Singleton* singleton = Singleton::getInstance();

优点：

• 简单易用，容易理解和实现。
• 延迟初始化，只在需要时才创建单例对象。
• 在多线程环境下需要注意线程安全性。
  缺点：
• 在多线程环境下需要额外处理线程安全性，可能需要使用互斥锁等机制来保护访问。
• 对象的创建和销毁时机可能不受控制，可能存在资源管理的问题。

2.2、静态局部变量

在静态方法中使用静态局部变量保存单例对象的指针。静态局部变量在第一次调用时会被初始化，从而实现了延迟创建的效果。

class Singleton {
private:
    Singleton() {}
 
public:
    static Singleton* getInstance() {
        static Singleton instance;
        return &instance;
    }
};

优点：

• 简洁，没有额外的静态成员变量。
• 延迟初始化，只在需要时才创建单例对象。
• 自动处理线程安全性，静态局部变量的初始化具有线程安全性。
  缺点：
• 在多线程环境下需要注意线程安全性。
• 对象的创建和销毁时机可能不受控制，可能存在资源管理的问题。

2.3、Q_GLOBAL_STATIC 宏

Qt 提供了 Q_GLOBAL_STATIC 宏，可以方便地定义全局的单例对象。这个宏使用了线程安全的延迟初始化机制，并提供了方便的访问方式。

class Singleton {
private:
    Singleton() {}
 
public:
    static Singleton* instance() {
        static Q_GLOBAL_STATIC(Singleton, singleton);
        return singleton;
    }
};

实例2

#ifndef CONFIG_H
#define CONFIG_H
 
class Config : public QObject {
  Q_OBJECT
 
 public:
  static Config *Instance();
 
  int doSomething()；
 private:
};
 
#endif  // CONFIG_H
 
 
#include "config.h"
 
Q_GLOBAL_STATIC(Config, config)
 
Config *Config::Instance() { return config(); }
 
int Config::doSomething() {
}

优点：

• 简单易用，使用宏定义即可创建全局的单例对象。
• 延迟初始化，只在需要时才创建单例对象。
• 自动处理线程安全性，具有线程安全的延迟初始化机制。
  缺点：
• 对象的创建和销毁时机可能不受控制，可能存在资源管理的问题。
• 不适用于非全局范围的单例对象，只适用于全局单例对象的场景。

对于 Q_GLOBAL_STATIC 宏，Qt 提供了一种线程安全的延迟初始化机制。这是因为 Q_GLOBAL_STATIC 宏利用了 C++11 中的线程局部存储（thread-local storage）特性来实现。

线程局部存储是一种在每个线程中独立保存变量的机制，每个线程都有自己的变量实例，互不干扰。Q_GLOBAL_STATIC 宏利用这一特性，将单例对象的实例化和访问限制在每个线程的作用域内。

具体而言，Q_GLOBAL_STATIC 宏在使用时会根据 C++11 的线程局部存储特性，在每个线程中创建一个静态局部变量。每个线程都有自己的单例对象实例，并且线程之间的访问是互相隔离的，因此不会存在线程安全性问题。

在第一次访问该单例对象时，Q_GLOBAL_STATIC 宏会使用线程安全的方式进行初始化。在初始化过程中，会通过互斥锁等机制来保护对单例对象的访问，确保只有一个线程可以完成初始化过程。

通过使用线程局部存储和线程安全的初始化机制，Q_GLOBAL_STATIC 宏实现了线程安全的延迟初始化。这样，即使在多线程环境下同时访问单例对象，也能保证每个线程都能正确地获取到自己的单例对象实例，而不会引发竞争条件或其他线程安全性问题。

三、使用场景

单例模式在以下场景中通常被使用：

1、资源共享：当多个对象需要共享同一个资源时，可以使用单例模式确保只有一个实例存在，从而避免资源的重复创建和管理。

2、配置管理：单例模式可以用于管理应用程序的配置信息，例如日志配置、数据库连接配置等。通过单例模式，可以在整个应用程序中共享同一份配置数据，方便统一管理和访问。

3、对象缓存：某些需要频繁创建和销毁的对象，通过单例模式可以将这些对象缓存起来，提高性能和效率。例如线程池、数据库连接池等。

四、注意事项

在使用Qt单例模式时，需要注意以下几点：

1、线程安全性：如果在多线程环境下使用单例模式，需要确保对单例对象的访问是线程安全的。可以采用互斥锁（QMutex）或其他线程同步机制来保护对单例对象的访问。

2、生命周期管理：单例对象的生命周期通常延续整个应用程序的运行期间。确保在程序退出时，单例对象正确释放资源，避免内存泄漏。

3、耦合度控制：单例模式会引入全局状态，因此需要谨慎使用，避免过度依赖单例对象，导致代码的耦合度增加。应尽量将单例对象的使用限制在必要的范围内，遵循单一职责原则。

4、单元测试：单例对象的全局状态可能对代码的单元测试造成一定的影响。在进行单元测试时，需要注意单例对象的影响，并确保测试用例的独立性和可重复性。

5、可扩展性：在设计单例模式时，需要考虑到未来的扩展需求。如果将来需要创建多个类似的单例对象，需要设计一个可扩展的单例模式框架，以便灵活地管理和创建多个单例对象。

6、使用合适的方式：Qt提供了多种实现单例模式的方式，如静态成员变量、静态局部变量和Q_GLOBAL_STATIC宏等。根据实际需求选择合适的方式，权衡其优缺点。

Chapter2 QT单例类管理信号和槽函数

https://blog.csdn.net/qq_38491692/article/details/124623919

在QT当中，遇到主界面和多个组件槽函数绑定问题时，为了便于管理，我们可以通过单例类作为第三方来进行管理。

一、创建单例类

SignalInstance.h

#include 

class  SignalInstance:public QObject
{
	Q_OBJECT
public:
	static SignalInstance	*GetInstance();
	static void Release();//释放
	static SignalInstance *signalinstance;
 signals:
	 void send_to_windwostwo();
	 void send_to_windwosone();
private:
	SignalInstance();
};

SignalInstance.cpp

#include "SignalInstance.h"
SignalInstance* SignalInstance::signalinstance = nullptr;//初始化对象
//释放单例对象
void SignalInstance::Release()
{
	if (signalinstance != NULL)
	{
		delete signalinstance;
		signalinstance = NULL;
	}
}
SignalInstance::SignalInstance()
{
	
}
//获得单例对象
SignalInstance* SignalInstance::GetInstance()
{
	if (signalinstance == NULL)
	{
		signalinstance = new SignalInstance();
	}
	return signalinstance;
}

二、主界面添加组件

代码如下（示例）：

#include 
#include
#include 
#include "SignalInstance.h"
#include"QtWidgets_1.h"
#include"QtWidgetsClass_2.h"
#include "instanse.h"
instanse::instanse(QMainWindow *parent)
    : QMainWindow(parent)
{
    ui.setupUi(this);
	QVBoxLayout *lay = new QVBoxLayout(this);
	QtWidgets_1 *widget1 = new QtWidgets_1();
	lay->addWidget(widget1);
	ui.widget->setLayout(lay);
	QVBoxLayout *lay2 = new QVBoxLayout(this);
	QtWidgetsClass_2 *widget2 = new QtWidgetsClass_2();
	lay2->addWidget(widget2);
	ui.widget_2->setLayout(lay2);
}

三、组件代码绑定信号和槽

1.组件1

#pragma once

#include 
#include "ui_QtWidgets_1.h"

class QtWidgets_1 : public QWidget
{
	Q_OBJECT

public:
	QtWidgets_1(QWidget *parent = Q_NULLPTR);
	~QtWidgets_1();
private slots:
	void Show();
private:
	Ui::QtWidgets_1 ui;
};

#include "QtWidgets_1.h"
#include"SignalInstance.h"
#include 
#include 
#pragma execution_character_set("utf-8")
QtWidgets_1::QtWidgets_1(QWidget *parent)
	: QWidget(parent)
{
	ui.setupUi(this);
	connect(ui.pushButton, SIGNAL(clicked()), SignalInstance::GetInstance(), SIGNAL(send_to_windwostwo()));//绑定信号
	connect(SignalInstance::GetInstance(), SIGNAL(send_to_windwosone()), this, SLOT(Show()));//绑定槽函数
}

QtWidgets_1::~QtWidgets_1()
{

}
void QtWidgets_1::Show()
{
	ui.textEdit->setText("我是窗口2激活的");
}

2.组件2

#pragma once

#include 
#include "ui_QtWidgetsClass_2.h"

class QtWidgetsClass_2 : public QWidget
{
	Q_OBJECT

public:
	QtWidgetsClass_2(QWidget *parent = Q_NULLPTR);
	~QtWidgetsClass_2();
private slots:
	void Show();
private:
	Ui::QtWidgetsClass_2 ui;
};


#include "QtWidgetsClass_2.h"
#include"SignalInstance.h"
#include 
#include 
#pragma execution_character_set("utf-8")
QtWidgetsClass_2::QtWidgetsClass_2(QWidget *parent)
	: QWidget(parent)
{
	ui.setupUi(this);
	connect(SignalInstance::GetInstance(), SIGNAL(send_to_windwostwo()),this,SLOT(Show()));//绑定槽函数
	connect(ui.pushButton, SIGNAL(clicked()), SignalInstance::GetInstance(), SIGNAL(send_to_windwosone()));//绑定信号
}

QtWidgetsClass_2::~QtWidgetsClass_2()
{
}
void QtWidgetsClass_2::Show()
{
	ui.textEdit->setText("我是窗口1激活的");
}

四、效果图

总结

本文案例使用组件较少，当项目较大时，比如上千个控件和布局，能有效的对信号和槽进行管理。

Chapter3 Qt单例模式的消息全局响应类($$$)

原文链接：https://blog.csdn.net/sunnyloves/article/details/125234467

由来

在飞扬青云大佬的文章Qt开发经验里的第82条写道：

Qt的信号槽机制非常牛逼，也是Qt的独特的核心功能之一，有时候我们在很多窗体中传递信号来实现更新或者处理，如果窗体层级比较多，比如窗体A的父类是窗体B，窗体B的父类是窗体C，窗体C有个子窗体D，如果窗体A一个信号要传递给窗体D，问题来了，必须先经过窗体B中转到窗体C再到窗体D才行，这样的话各种信号关联信号的connect会非常多而且管理起来比较乱，可以考虑增加一个全局的单例类AppEvent，公共的信号放这里，然后窗体A对应信号绑定到AppEvent，窗体D绑定AppEvent的信号到对应的槽函数即可，干净清爽整洁。

代码

于是想办法写了一个类GlobalMessageHelper 注意这个类用的是单例的设计模式。
验证的思路是写了4个窗口ABCD,其中A点击按钮弹窗D，B点击按钮弹窗C，C里点击按钮将其中LineEdit输入的内容传递到D里去。如果普通的传递路线应该是C->B->main->A->D（当然可以直接C->D,但是如果项目里很多这种跨窗口的消息直接传递,就会形成飞扬大佬提到的复杂情况)。用GlobalMessageHelper 类后，就可以通过它实现所有sender和receiver直接连接。效果可以看下一节。

GlobalMessageHelper.h文件

// GlobalMessageHelper  h文件
#include 
#include 
class GlobalMessageHelper : public QObject
{
  Q_OBJECT
public:

  ~GlobalMessageHelper();

  static GlobalMessageHelper *getInstance();

signals:
  void sendToAFromB(const QString &str);
  void sendToCFromD(const QString &str);
private:
  GlobalMessageHelper(QObject *parent = nullptr);
  static GlobalMessageHelper *gMessageHelper;
};

globalmessagehelper.cpp文件

// cpp文件
#include "globalmessagehelper.h"
GlobalMessageHelper *GlobalMessageHelper::gMessageHelper;

GlobalMessageHelper::GlobalMessageHelper(QObject *parent) :
  QObject{parent}
{
}

GlobalMessageHelper::~GlobalMessageHelper()
{
}

GlobalMessageHelper *GlobalMessageHelper::getInstance()
{
  if (!GlobalMessageHelper::gMessageHelper)
    GlobalMessageHelper::gMessageHelper = new GlobalMessageHelper;

  return GlobalMessageHelper::gMessageHelper;
}

DialogA.h/cpp文件

// DialogA  h文件
#include 
#include 
#include 
class DialogA : public QDialog
{
  Q_OBJECT
public:
  DialogA(QDialog *parent = nullptr);
};


// DialogA  cpp文件
#include "dialoga.h"
#include "dialogd.h"
#include "globalmessagehelper.h"
#include 
#include 
#include 
#include 
DialogA::DialogA(QDialog *parent) : QDialog(parent)
{
  setWindowTitle("DialogA");
  setMinimumSize(QSize(300, 100));
  QVBoxLayout *lay = new QVBoxLayout;
  setLayout(lay);
  QPushButton *btn = new QPushButton("BTN");
  lay->addWidget(btn);
  connect(btn, &QPushButton::clicked, this,
          [&]()
  {
    DialogD *dlg = new DialogD;
    dlg->show();
  });
}

DialogB.h/cpp文件

// DialogB  h文件
#include 
#include 

class DialogB : public QDialog
{
  Q_OBJECT
public:
  DialogB(QDialog *parent = nullptr);
};


// DialogB  cpp文件
#include "dialogb.h"
#include "dialogc.h"
#include 
#include 
DialogB::DialogB(QDialog *parent) : QDialog(parent)
{
  setWindowTitle("DialogB");
  setMinimumSize(QSize(300, 100));
  QVBoxLayout *lay = new QVBoxLayout;
  setLayout(lay);
  QPushButton *btn = new QPushButton("BTN");
  lay->addWidget(btn);
  connect(btn, &QPushButton::clicked, this,
          [&]()
  {
    DialogC *dlg = new DialogC;
    dlg->show();
  });
}

DialogC.h/cpp文件

// DialogC  h文件
#include 
#include 
#include 
class DialogC : public QDialog
{
  Q_OBJECT
public:
  DialogC(QDialog *parent = nullptr);

private:
  QLineEdit *line = nullptr;
  QPushButton *btn = nullptr;
};


// DialogC  cpp文件
#include "dialogc.h"
#include "globalmessagehelper.h"
#include 
#include 
#include 
DialogC::DialogC(QDialog *parent) : QDialog(parent)
{
  setWindowTitle("DialogC");
  setMinimumSize(QSize(300, 100));
  QVBoxLayout *lay = new QVBoxLayout;
  setLayout(lay);

  line = new QLineEdit;
  lay->addWidget(line);
  btn = new QPushButton("Send");
  lay->addWidget(btn);
  connect(btn, &QPushButton::clicked, this,
          [&]()
  {
    emit GlobalMessageHelper::getInstance()->sendToAFromB(line->text());
  });
}

DialogD.h/cpp文件

// DialogD  h文件
#include 
#include 
class QLineEdit;
class DialogD : public QDialog
{
public:
  DialogD();
  QLineEdit *line = nullptr;
};


// DialogD  cpp文件
#include "dialogd.h"
#include "globalmessagehelper.h"
#include 
#include 
DialogD::DialogD()
{
  setWindowTitle("DialogD");
  setMinimumSize(QSize(300, 100));
  QVBoxLayout *lay = new QVBoxLayout;
  setLayout(lay);
  line = new QLineEdit;
  lay->addWidget(line);
  connect(GlobalMessageHelper::getInstance(), &GlobalMessageHelper::sendToAFromB, this,
          [&](const QString &s)
  {
    Q_ASSERT(GlobalMessageHelper::getInstance() != nullptr);

    line->setText(s);
  });
}

main.cpp 文件

// main.cpp  文件

#include "globalmessagehelper.h"
#include "dialoga.h"
#include "dialogc.h"
#include "dialogb.h"

#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
  QApplication a(argc, argv);

  DialogA dlgA;
  DialogB dlgB;
  dlgA.show();
  dlgB.show();
  return a.exec();
}

运行结果

Chapter4 Qt全局信号通信

原文链接：https://blog.csdn.net/u012790503/article/details/81950467

应用场景分析

Qt开发中经常会遇到作用域跨度比较大的对象间通信的场景，如果直接使用信号槽通过对象指针直接连接，首先需要将对象指针互相暴露出来，其中可能涉及到各种复杂的传递过程，导致程序混乱。一种解决方案是建立全局的信号中转站，实现全局范围内的便捷通信。

功能实现1

设现有对象A，需要将信号signalA()发送给对象B。

建立单例类class SIgnalStation。
在单例类中定义中转信号void transSignalA()。
在A的代码中，将A的信号与信号中转的信号连接：
A:: connect(this, SIGNAL(signalA()), SIgnalStation::instance(), SIGNAL(transSignalA()));
在对象B中连接中转信号：
B::connect(SignalStation::instance(), SIGNAL(transSignalA()), this, SLOT(…));
这样就实现了进程中任何对象间信号传递。

功能实现2

此种实现是用ID或字符串来实现对信号的索引，如下表所示：

通过这样的映射，可以实现更低的耦合，映射由一个管理器管理，如GlobalMsgMgr类。此类提供两个接口：

addEmit(const char *msg_id（信号ID）, const char *signal（信号签名）)：用于将本地信号绑定到信号ID上，本地信号触发时，自动触发所有连接到此信号ID上的槽。
addSlot(const char *msg_id（信号ID）, const char *slot（槽签名）)：用于将本地槽绑定到信号ID上，任意信号触发源触发此信号时，本地槽会被调用。

综上，
实现2比实现1的耦合程度更低，单从ID上看不出信号参数类型；好处是可以通过ID实现更松的耦合，甚至可以实现信号ID的比较运算。
实现1、实现2在触发信号时稍微麻烦一点，因为触发信号时，需要定义本地的信号。

功能实现3

参考：Qt使用信号槽模拟全局广播
这种方式在发送信号时较为简单，但是在定义和编译时略复杂。

个人建议，在简单应用下，使用功能实现1；在复杂应用下，使用功能实现2。

FAQ

为什么不用回调函数呢，因为信号槽可以很容易实现跨线程通信，回调函数跨线程调用需要处理竞争同步的问题。