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单例模式入门

article 2024/11/27 20:19:42

单例模式是一种创建型设计模式，让你能够保证一个类只有一个实例，并提供一个访问该实例的全局节点。

它的运作方式是这样的：如果你创建了一个对象，同时过一会儿后你决定再创建一个新对象，此时你会获得之前已创建的对象，而不是一个新对象。

普通构造函数无法实现上述行为，因为构造函数的设计决定了它必须总是返回一个新对象。

还记得那些存储重要对象的全局变量吗？它们在使用上十分方便，但同时也非常不安全，因为任何代码都有可能覆盖掉那些变量的内容，从而引发程序崩溃。

和全局变量一样，单例模式也允许在程序的任何地方访问特定对象。但是它可以保护该实例不被其他代码覆盖。

还有一点：你不会希望解决同一个问题的代码分散在程序各处的。因此更好的方式是将其放在同一个类中，特别是当其他代码已经依赖这个类时更应该如此。

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在C++中，实现单例模式通常涉及以下几个步骤：

私有化构造函数：防止外部通过new关键字直接创建类的实例。
私有化拷贝构造函数和赋值运算符：防止通过拷贝或赋值创建新的实例。
创建一个静态的类成员变量：用于存储类的唯一实例。
提供一个静态的公有成员函数：用于获取类的唯一实例（通常称为getInstance）。
下面是一个简单的C++单例模式实现例子：

cpp
#include
#include // for std::unique_ptr

class Singleton {
public:
// 禁用拷贝构造函数和赋值运算符
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

// 提供一个静态的公有成员函数来获取唯一实例
static Singleton& getInstance() {
    // 局部静态变量具有线程安全性（C++11及以后）
    static Singleton instance;
    return instance;
}

// 其他成员函数
void doSomething() {
    std::cout << "Doing something in Singleton!" << std::endl;
}

private:
// 私有化构造函数
Singleton() {
std::cout << “Singleton instance created!” << std::endl;
}

// 禁止析构函数被外部调用（虽然在这个例子中不是必须的，但可以作为一种防御性编程策略）
~Singleton() = default;

};

int main() {
// 获取单例实例并调用其成员函数
Singleton& singleton = Singleton::getInstance();
singleton.doSomething();

// 尝试获取另一个实例（实际上是同一个实例）
Singleton& anotherSingleton = Singleton::getInstance();
anotherSingleton.doSomething();

// 注意：在main函数结束时，局部静态变量（即单例实例）会自动销毁
return 0;

}
在这个例子中，Singleton类有一个私有的构造函数，这意味着你不能从类外部直接创建Singleton的实例。相反，你必须通过getInstance静态成员函数来获取类的唯一实例。这个函数检查是否已经创建了实例，如果没有，则创建一个新的实例并返回它；如果已经创建了实例，则直接返回该实例。

注意，在C++11及以后的版本中，局部静态变量的初始化是线程安全的，这意味着在多线程环境中调用getInstance函数时，不需要额外的同步机制来保证只有一个实例被创建。

此外，拷贝构造函数和赋值运算符被删除，以防止通过拷贝或赋值来创建新的Singleton实例。虽然在这个简单的例子中可能看起来不是必须的，但在更复杂的场景中，这是一种重要的防御性编程策略。

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