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如何实现对象的克隆？如何实现单例模式？

article 2025/1/18 20:11:03

对象克隆

在 C++ 中，对象克隆是创建一个与现有对象具有相同状态的新对象的过程。

浅拷贝实现克隆

对于简单的类（没有动态分配资源的类），可以通过默认的拷贝构造函数来实现浅拷贝。例如：

class MyClass {
public:
    int value;
    MyClass(int v) : value(v) {}
    // 编译器会自动生成一个默认的拷贝构造函数，进行浅拷贝
};

当使用MyClass obj1(10); MyClass obj2 = obj1;时，obj2就是obj1的一个浅拷贝。这里的浅拷贝只是简单地复制了value成员的值。

深拷贝实现克隆

当类中有动态分配的资源（如指针成员）时，就需要自定义拷贝构造函数来实现深拷贝。例如：

class MyString {
private:
    char* buffer;
public:
    MyString(const char* input) {
        buffer = new char[strlen(input) + 1];
        strcpy(buffer, input);
    }
    // 自定义拷贝构造函数实现深拷贝
    MyString(const MyString& other) {
        buffer = new char[strlen(other.buffer)+1];
        strcpy(buffer, other.buffer);
    }
    ~MyString() {
        delete[] buffer;
    }
};

在上面的MyString类中，自定义的拷贝构造函数会为新对象的buffer指针分配新的内存空间，并将原对象buffer中的内容复制过来，这样就避免了两个对象的buffer指针指向同一块内存的问题。

单例模式实现

单例模式是一种设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个实例。

饿汉式单例模式

这种方式在程序启动时就创建单例对象。例如：

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton() {}
public:
    static Singleton* getInstance() {
        return instance;
    }
};
// 初始化静态成员变量
Singleton* Singleton::instance = new Singleton;

在这个例子中，Singleton类的构造函数是私有的，这样就防止了外部代码直接创建Singleton类的对象。instance是一个静态成员变量，在程序启动时就被初始化，getInstance函数提供了获取这个单例对象的接口。

懒汉式单例模式（线程安全版本）

懒汉式单例模式是在第一次调用getInstance函数时才创建单例对象，这种方式可能存在线程安全问题要在多线程环境下保证线程安全。例如：

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton() {}
    static std::mutex mutex_;
public:
    static Singleton* getInstance() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton;
        }
        return instance;
    }
};
// 初始化静态成员变量
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mutex_;

这里使用了std::mutex来保证在多线程环境下，只有一个线程能够进入if语句块来创建单例对象。std::lock_guard在构造函数中自动加锁，在析构函数中自动解锁，保证了锁的正确使用。