簡單聊下單例模式

来源:https://www.cnblogs.com/nbtech/archive/2022/05/20/Singleton_Design_pattern.html
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單例模式 單例模式一般用於全局只需要一個唯一的實例的情況。 例如說,日誌讀寫的功能,一般來說全局只需一個日誌讀寫實例,然後其他的類實例去獲取這個實例進行日誌讀寫。 又例如說,有一個協作的功能,需要各個模塊發送給主控制器,主控制器需要做成單例,這樣子模塊之間操作控制器就是操作實際主控制器的內容。 怎麼 ...


單例模式

單例模式一般用於全局只需要一個唯一的實例的情況。

例如說,日誌讀寫的功能,一般來說全局只需一個日誌讀寫實例,然後其他的類實例去獲取這個實例進行日誌讀寫。

又例如說,有一個協作的功能,需要各個模塊發送給主控制器,主控制器需要做成單例,這樣子模塊之間操作控制器就是操作實際主控制器的內容。

怎麼寫一個單例模式

C語言編寫一個單例模式

先從最簡單的C語言開始,一般我們說到單例模式是指面向對象的單例模式,因為一個類生成一個實例對象就是單例模式。

那麼落到C語言,就是結構體了,我們用結構體創建單個實例。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef struct _Data {
    void* pData;
    int value;
} Data;

void* GetData() {
    static Data* pData = NULL;
    if(NULL != pData) {
        return pData;
    }
    pData = (Data*)malloc(sizeof(Data));
    assert(NULL != pData);
    pData->value = 0;  /* init */
    return (void*)pData;
}

void FreeData() {
    Data* pd = GetData();
    if(NULL != pd) {
        free(pd);
        pd = NULL;
    }
}

int main() {
    Data* pdata0 = GetData();
    pdata0->value = 0;
    Data* pdata1 = GetData();
    pdata1->value = 100;
    printf("value: %d\n", pdata0->value);
    FreeData();
}

那麼我們看以上代碼,有兩個函數GetData和FreeData,看GetData,這裡面就是我們常見的懶漢模式,只有到需要用的時候才去創建實例。

在上面GetData中,如果是第一次進入到函數時pData是NULL,此時會申請一片記憶體空間,並且如果value需要初始化,也可以在這裡進行。到了第二次調用這個函數之後,就直接返回原來的變數了,因為變數保存在靜態區,所以每次返回的都是同一實例。這樣就實現了懶漢式的單例模式。

用C++寫一個單例模式

最經典的單例模式是SingletonMeyer's,這種單例模式由Scott Meyers 在 《Effective C++》中提出。也就是我們常見的C++的懶漢式單例模式。代碼如下:

#include <iostream>
//using namespace std;
using std::cout;
using std::endl;

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton s_singleton;  /* 永遠只能獲取這個變數,因為傳遞出去的是引用 */
        return s_singleton;
    }
    void SetValue(int value) {
        this->m_value_ = value;
    }
    int GetValue() {
        return this->m_value_;
    }
private:
    int m_value_;
    Singleton() {
        SetValue(0);
    };
    ~Singleton() {};
    Singleton(const Singleton&) = delete;  /* 禁止複製構造 */
    Singleton& operator=(const Singleton&)= delete;  /* 禁止複製構造 */
};

int main() {
    Singleton& a = Singleton::getInstance();
    cout<<"a value is "<<a.GetValue()<<endl;
    Singleton& b = Singleton::getInstance();
    cout<<"b value is "<<b.GetValue()<<endl;

    cout<<"change a value to 50"<<endl;
    a.SetValue(50);
    cout<<"b value is "<<b.GetValue()<<endl;
    return 0;
}

如上,我們將構造函數放到私有,這樣就只能通過getInstance來構造

然後我們,在初次調用getInstance的時候創建實例,並返回引用。這樣就實現了一種懶漢式的單例模式。

然後後續的getInstance獲取到的都會是第一次申請的Singleton對象

在main函數中,我們先列印兩個引用的value,兩個值都是0,然後我們改變其中一個引用的value,這個時候另外一個引用的value也發生了改變,因為這兩個引用指向的是同一個實例。

a value is 0
b value is 0
change a value to 50
b value is 50

用C++寫另一種單例模式

另外一種單例模式,就是餓漢式。

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        return m_singleton_;
    }
    void SetValue(int value) {
        this->m_value_ = value;
    }
    int GetValue() {
        return this->m_value_;
    }
private:
    static Singleton m_singleton_;
    int m_value_;
    Singleton() {
        SetValue(0);
    }
    ~Singleton() {};
    Singleton(const Singleton&) = delete;  /* 禁止複製構造 */
    Singleton& operator=(const Singleton&)= delete;  /* 禁止複製構造 */
};
Singleton Singleton::m_singleton_;  /* 靜態成員類外初始化 */

int main() {
    Singleton& a = Singleton::getInstance();
    cout<<"a value is "<<a.GetValue()<<endl;
    Singleton& b = Singleton::getInstance();
    cout<<"b value is "<<b.GetValue()<<endl;

    cout<<"change a value to 50"<<endl;
    a.SetValue(50);
    cout<<"b value is "<<b.GetValue()<<endl;
    return 0;
}

餓漢式和懶漢式唯一不同的是,本來在函數的靜態成員變成了類成員變數。

這樣就導致這個成員在類創建的時候就已經生成了實例。也就是所謂的餓漢式,先把東西都準備好,然後需要的時候直接返回就好

上面代碼的的main函數沒有任何改動,就是演示兩個引用指向的是同一實例。

線程安全?

看了懶漢式和餓漢式的,我們大概可以知道,餓漢式的是線程安全的,因為它在類載入時已經完成對實例的初始化了

而懶漢式只在第一次訪問的時候才進行初始化,這樣會導致多條線程同時是第一次訪問的時候,實例創建了多次。

那麼怎麼保證懶漢式線程安全呢,加鎖就可以了。

在第一次訪問時判斷是否有加鎖,這裡具體代碼就不演示了。


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