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C++中只能有一个实例的单例类

article 2024/9/21 8:05:58

C++中只能有一个实例的单例类

前面讨论的 President 类很不错，但存在一个缺陷：无法禁止通过实例化多个对象来创建多名总统：
President One, Two, Three;
由于复制构造函数是私有的，其中每个对象都是不可复制的，但您的目标是确保 President 类有且只有一个化身，即有了一个 President 对象后，就禁止创建其他的 President 对象。要实现这种功能强大的模式，可使用单例的概念，它使用私有构造函数、私有赋值运算符和静态实例成员。

提示：

将关键字 static 用于类的数据成员时，该数据成员将在所有实例之间共享。
将 static 用于函数中声明的局部变量时，该变量的值将在两次调用之间保持不变。
将 static 用于成员函数（方法）时，该方法将在所有成员之间共享。

要创建单例类，关键字 static 必不可少，如以下示例程序所示：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class President
{
    private:
    President() {}; // private default constructor
    President(const President&); // private copy constructor
    const President& operator=(const President&); // assignment operator

    string name;

    public:
    static President& GetInstance()
    {
        // static objects are constructed only once
        static President onlyInstance; 
        return onlyInstance;
    }

    string GetName()
    { return name; }

    void SetName(string InputName)
    { name = InputName; }
};

int main()
{
    President& onlyPresident = President::GetInstance();
    onlyPresident.SetName("Abraham Lincoln");

    // uncomment lines to see how compile failures prohibit duplicates
    // President second; // cannot access constructor
    // President* third= new President(); // cannot access constructor
    // President fourth = onlyPresident; // cannot access copy constructor
    // onlyPresident = President::GetInstance(); // cannot access operator=

    cout << "The name of the President is: ";
    cout << President::GetInstance().GetName() << endl;

    return 0;
}

输出：

The name of the President is: Abraham Lincoln

分析：

第 28～43 行的 main( )包含大量注释，演示了各种创建 President 实例和拷贝的方式，它们都无法
通过编译。下面逐一进行分析。
34: // President second; // cannot access constructor
35: // President* third= new President(); // cannot access constructor
第 34 和 35 行分别试图使用默认构造函数在堆和自由存储区中创建对象，但默认构造函数不可用，因为它是私有的，如第 7 行所示。
36: // President fourth = onlyPresident; // cannot access copy constructor
第 36 行试图使用复制构造函数创建现有对象的拷贝（在创建对象的同时赋值将调用复制构造函数），但在 main( )中不能使用复制构造函数，因为第 8 行将其声明成了私有的。
37: // OnlyPresident = President::GetInstance(); // cannot access operator=
第 37 行试图通过赋值创建对象的拷贝，但行不通，因为第 9 行将赋值运算符声明成了私有的。因此，在main( )中，不能创建President类的实例，唯一的方法是使用静态函数GetInstance( )来获取President的实例，如第 30 行所示。 GetInstance( )是静态成员，类似于全局函数，无需通过对象来调用它。GetInstance( )是在第 14～19 行实现的，它使用静态变量 onlyInstance 确保有且只有一个 President 实例。
为更好地理解这一点，可以认为第 17 行只执行一次（静态初始化），因此 GetInstance( )返回唯一一个President 实例，而不管您如何频繁地调用 President:: GetInstance( )。

该文章会更新，欢迎大家批评指正。

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