文档章节

C++设计模式——单例模式

r
 ranjiewen
发布于 2016/11/03 23:52
字数 2657
阅读 3
收藏 0

问题描述

现在,不管开发一个多大的系统(至少我现在的部门是这样的),都会带一个日志功能;在实际开发过程中,会专门有一个日志模块,负责写日志,由于在系统的任何地方,我们都有可能要调用日志模块中的函数,进行写日志。那么,如何构造一个日志模块的实例呢?难道,每次new一个日志模块实例,写完日志,再delete,不要告诉我你是这么干的。在C++中,可以构造一个日志模块的全局变量,那么在任何地方就都可以用了,是的,不错。但是,我所在的开发部门的C++编码规范是参照Google的编码规范的。

全局变量在项目中是能不用就不用的,它是一个定时炸弹,是一个不安全隐患,特别是在多线程程序中,会有很多的不可预测性;同时,使用全局变量,也不符合面向对象的封装原则,所以,在纯面向对象的语言Java和C#中,就没有纯粹的全局变量。那么,如何完美的解决这个日志问题,就需要引入设计模式中的单例模式。

单例模式

何为单例模式,在GOF的《设计模式:可复用面向对象软件的基础》中是这样说的:保证一个类只有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。首先,需要保证一个类只有一个实例;在类中,要构造一个实例,就必须调用类的构造函数,如此,为了防止在外部调用类的构造函数而构造实例,需要将构造函数的访问权限标记为protected或private;最后,需要提供要给全局访问点,就需要在类中定义一个static函数,返回在类内部唯一构造的实例。意思很明白,使用UML类图表示如下。

UML类图

Singleton Pattern

代码实现

单例模式,单从UML类图上来说,就一个类,没有错综复杂的关系。但是,在实际项目中,使用代码实现时,还是需要考虑很多方面的。

实现一:

/*****************************************************
* \file     SingletonPatternDemo.cpp
* \date     2016/07/13 18:20
* \author   ranjiewen
* \contact: ranjiewen@outlook.com 
*****************************************************/

#include <iostream>
using namespace  std;
class Singleton
{
public:
    static Singleton* GetInstance()
    {
        if (m_Instance == nullptr)
        {
            //Lock(); // C++没有直接的Lock操作,请使用其它库的Lock,比如Boost,此处仅为了说明
            m_Instance = new Singleton();
            //UnLock();
        }
        return m_Instance;
    }
    //第三种方式
    static Singleton* GetInstance()
    {
        return const_cast<Singleton*>m_Instance;
    }

    static void Destory()
    {
        if (m_Instance != nullptr)
        {
            delete m_Instance;
            m_Instance = nullptr;
        }
    }
    //this is just a operation example
    int GetTest()
    {
        return m_test;
    }
private:
    Singleton(int _test = 10) :m_test(_test){}  //构造函数
    int m_test;
    static Singleton* m_Instance;
    //static int point;
    //第三种方式
    static const Singleton* m_Instance;
};

Singleton *Singleton::m_Instance = nullptr;
const Singleton *Singleton::m_Instance = new Singleton();
//int Singleton::point=0;


int main(int argc, char* argv[])
{
    Singleton* singletonObj = Singleton::GetInstance();
    std::cout << singletonObj->GetTest() << std::endl;
    Singleton::Destory();
    return 0;
}
这是最简单,也是最普遍的实现方式,也是现在网上各个博客中记述的实现方式,但是,这种实现方式,有很多问题,比如:没有考虑到多线程的问题,在多线程的情况下,就可能创建多个Singleton实例,以下版本是改善的版本。

实现二:

只是加锁!

此处进行了两次m_Instance == NULL的判断,是借鉴了Java的单例模式实现时,使用的所谓的“双检锁”机制。因为进行一次加锁和解锁是需要付出对应的代价的,而进行两次判断,就可以避免多次加锁与解锁操作,同时也保证了线程安全。但是,这种实现方法在平时的项目开发中用的很好,也没有什么问题?但是,如果进行大数据的操作,加锁操作将成为一个性能的瓶颈;为此,一种新的单例模式的实现也就出现了。

实现三:

/* ** FileName : SingletonPatternDemo3 ** Author : Jelly Young ** Date : 2013/11/20 ** Description : More information, please go to http://www.jellythink.com */ #include <iostream> using namespace std; class Singleton { public: static Singleton *GetInstance() { return const_cast <Singleton *>(m_Instance); } static void DestoryInstance() { if (m_Instance != NULL ) { delete m_Instance; m_Instance = NULL ; } } int GetTest() { return m_Test; } private: Singleton(){ m_Test = 10; } static const Singleton *m_Instance; int m_Test; }; const Singleton *Singleton ::m_Instance = new Singleton(); int main(int argc , char *argv []) { Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance(); cout<<singletonObj->GetTest()<<endl; Singleton ::DestoryInstance(); }

因为静态初始化在程序开始时,也就是进入主函数之前,由主线程以单线程方式完成了初始化,所以静态初始化实例保证了线程安全性。在性能要求比较高时,就可以使用这种方式,从而避免频繁的加锁和解锁造成的资源浪费。由于上述三种实现,都要考虑到实例的销毁,关于实例的销毁,待会在分析。由此,就出现了第四种实现方式:

实现四:

/* ** FileName : SingletonPatternDemo4 ** Author : Jelly Young ** Date : 2013/11/20 ** Description : More information, please go to http://www.jellythink.com */ #include <iostream> using namespace std; class Singleton { public: static Singleton *GetInstance() { static Singleton m_Instance; return &m_Instance; } int GetTest() { return m_Test++; } private: Singleton(){ m_Test = 10; }; int m_Test; }; int main(int argc , char *argv []) { Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance(); cout<<singletonObj->GetTest()<<endl; singletonObj = Singleton ::GetInstance(); cout<<singletonObj->GetTest()<<endl; }

以上就是四种主流的单例模式的实现方式,如果大家还有什么好的实现方式,希望大家能推荐给我。谢谢了。

实例销毁

在上述的四种方法中,除了第四种没有使用new操作符实例化对象以外,其余三种都使用了;我们一般的编程观念是,new操作是需要和delete操作进行匹配的;是的,这种观念是正确的。在上述的实现中,是添加了一个DestoryInstance的static函数,这也是最简单,最普通的处理方法了;但是,很多时候,我们是很容易忘记调用DestoryInstance函数,就像你忘记了调用delete操作一样。由于怕忘记delete操作,所以就有了智能指针;那么,在单例模型中,没有“智能单例”,该怎么办?怎么办?

那我先从实际的项目中说起吧,在实际项目中,特别是客户端开发,其实是不在乎这个实例的销毁的。因为,全局就这么一个变量,全局都要用,它的生命周期伴随着软件的生命周期,软件结束了,它也就自然而然的结束了,因为一个程序关闭之后,它会释放它占用的内存资源的,所以,也就没有所谓的内存泄漏了。但是,有以下情况,是必须需要进行实例销毁的:

  1. 在类中,有一些文件锁了,文件句柄,数据库连接等等,这些随着程序的关闭而不会立即关闭的资源,必须要在程序关闭前,进行手动释放;
  2. 具有强迫症的程序员。

以上,就是我总结的两点。

虽然,在代码实现部分的第四种方法能满足第二个条件,但是无法满足第一个条件。好了,接下来,就介绍一种方法,这种方法也是我从网上学习而来的,代码实现如下:

/* ** FileName : SingletonPatternDemo5 ** Author : Jelly Young ** Date : 2013/11/20 ** Description : More information, please go to http://www.jellythink.com */ #include <iostream> using namespace std; class Singleton { public: static Singleton *GetInstance() { return m_Instance; } int GetTest() { return m_Test; } private: Singleton(){ m_Test = 10; } static Singleton *m_Instance; int m_Test; // This is important class GC { public : ~GC() { // We can destory all the resouce here, eg:db connector, file handle and so on if (m_Instance != NULL ) { cout<< "Here is the test" <<endl; delete m_Instance; m_Instance = NULL ; } } }; static GC gc; }; Singleton *Singleton ::m_Instance = new Singleton(); Singleton ::GC Singleton ::gc; int main(int argc , char *argv []) { Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance(); cout<<singletonObj->GetTest()<<endl; return 0; }

在程序运行结束时,系统会调用Singleton的静态成员GC的析构函数,该析构函数会进行资源的释放,而这种资源的释放方式是在程序员“不知道”的情况下进行的,而程序员不用特别的去关心,使用单例模式的代码时,不必关心资源的释放。那么这种实现方式的原理是什么呢?我剖析问题时,喜欢剖析到问题的根上去,绝不糊涂的停留在表面。由于程序在结束的时候,系统会自动析构所有的全局变量,实际上,系统也会析构所有类的静态成员变量,就像这些静态变量是全局变量一样。我们知道,静态变量和全局变量在内存中,都是存储在静态存储区的,所以在析构时,是同等对待的。

由于此处使用了一个内部GC类,而该类的作用就是用来释放资源,而这种使用技巧在C++中是广泛存在的,在后面的博客中,我会总结这一技巧,参见《C++中的RAII机制》

模式扩展

在实际项目中,一个模式不会像我们这里的代码那样简单,只有在熟练了各种设计模式的特点,才能更好的在实际项目中进行运用。单例模式和工厂模式在实际项目中经常见到,两种模式的组合,在项目中也是很常见的。所以,有必要总结一下两种模式的结合使用。

一种产品,在一个工厂中进行生产,这是一个工厂模式的描述;而只需要一个工厂,就可以生产一种产品,这是一个单例模式的描述。所以,在实际中,一种产品,我们只需要一个工厂,此时,就需要工厂模式和单例模式的结合设计。由于单例模式提供对外一个全局的访问点,所以,我们就需要使用简单工厂模式中那样的方法,定义一个标识,用来标识要创建的是哪一个单件。由于模拟代码较多,在文章最后,提供下载链接。

总结

为了写这篇文章,自己调查了很多方面的资料,由于网上的资料在各方面都有很多的瑕疵,质量参次不齐,对我也造成了一定的误导。而这篇文章,有我自己的理解,如有错误,请大家指正。

由于该文对设计模式的总结,我认为比网上80%的都全面,希望对大家有用。在实际的开发中,并不会用到单例模式的这么多种,每一种设计模式,都应该在最适合的场合下使用,在日后的项目中,应做到有地放矢,而不能为了使用设计模式而使用设计模式。

本文转载自:http://www.cnblogs.com/ranjiewen/p/5668122.html

r
粉丝 1
博文 203
码字总数 28
作品 0
武汉
程序员
私信 提问
大家一起来说一说自己掌握的设计模式

做了比较多的通讯和SDK,虽然是用C++,但是SDK对外的都是C的接口,而且项目中主要是消息封装,socket IO模型和多线程, 消息收发,业务比较少,所以用的OOP也比较少,用了很多年C++,却一直没有...

沉淀岁月
2013/09/10
210
0
为什么工厂模式是华而不实的——浅谈工厂模式的利与弊

转载请注明出处:http://blog.csdn.net/singwhatiwanna/article/details/17428923 说明:博主虚心接受大家的抨击,批评,指正 前言 我一直想介绍下工厂模式,我曾经搞过J2EE,用的是轻量级S...

长平狐
2013/12/25
1K
0
Android 网络编程 目录

Android 网络编程 目录 Android 网络编程1 Http协议 Android 网络编程2 Okhttp缓存机制 Android 网络编程3 Java NIO to be continued... Android 架构师之路 目录 Android 架构师之路1 UML图...

香沙小熊
2018/06/21
0
0
Cocos2d-x设计模式--二段构建模式

设计模式在程序设计中会经常用到,也许你从来没有留意过设计模式,其实你却一直在使用设计模式!cocos2dx中有不少的设计模式,所以从本篇博客开始探讨一下cocos2dx中的设计模式,看看引擎都使...

_子墨
2014/09/15
241
0
设计模式之简单工厂模式学习

学习C++有一两年了,面向对象思想也有所接触。使用过MFC以及OSG类库进行过开发,无非就是调用别人设计好的类库,要说自己使用面向对象的思想去开发程序,这个还真没有。 意识到自己在这方面的...

长平狐
2012/10/08
70
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

JS 打印控制

JS 打印控制 var PrintStartString = "<!--打印开始标示符-->";//设置打印开始区域var PrintEndString = "<!--打印结束标示符-->";//设置打印结束区域var HtmlText = window.do......

DrChenXX
12分钟前
5
0
LevelDB:使用介绍

LevelDB 提供的接口其实很简单,下面举例进行简单说明。 安装 git clone https://github.com/google/leveldb cd leveldb mkdir -p build && cd build cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release .. ......

slagga
17分钟前
5
0
《JavaScript正则表达式迷你书》读书笔记

正则基础 常见简写形式 字符组 具体含义 记忆方式 \d 表示 [0-9]。表示是一位数字。 其英文是 digit(数字) \D 表示 [^0-9]。表示除数字外的任意字符。 \w 表示 [0-9a-zA-Z_]。表示数字、大小...

muzi131313
23分钟前
4
0
Git的反悔操作

概述 这次主要来讲讲Git的反悔操作,自己平时在写代码的过程中经常会出现想要弃用所有的改动或回滚到上一次commit的情况。Git上的反悔操作有reset、rebase、revert等,每个操作各有区别和对应...

duduYZ
23分钟前
2
0
实现双向绑定Proxy比defineproperty优劣如何?

前言 双向绑定其实已经是一个老掉牙的问题了,只要涉及到MVVM框架就不得不谈的知识点,但它毕竟是Vue的三要素之一. Vue三要素 响应式: 例如如何监听数据变化,其中的实现方法就是我们提到的双向...

寻找海蓝
35分钟前
3
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

返回顶部
顶部