【C/C++】设计模式——单例模式

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专栏：c语言之路重点知识整合

【c语言】全部知识点总结

单例模式

单例模式确保了一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。

单例模式的特点：

• 1.一个类只有一个实例
• 2.提供一个全局访问点来获取这个实例
• 3.单例对象必须由单例类进行创建（构造函数设为私有 private）

如何实现单例模式？

构造析构拷贝构造私有
提供静态公有的获取对象的方法

饿汉式单例模式

在类刚开始加载的时候就创建好对象，不会出现线程安全问题

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
private:
	// 静态成员变量在类声明时就已经初始化  
	static Singleton* sin;
	// 私有构造函数，确保外部无法直接创建实例  
	Singleton(){}
	Singleton(const Singleton& single) = delete;  // 使用delete替代私有构造函数
    // 析构函数也设置为私有，但这在饿汉式单例中不是必需的，因为对象是在程序结束时自动销毁的	
    ~Singleton(){}

public:
	static Singleton* getSingle()
	{
		// 直接返回已经初始化的静态对象的地址  
		return sin;
	}
	void fun()
	{
		cout << "Singleton::fun()" << endl;
	}

};
// 在类外初始化静态成员变量  
Singleton* Singleton::sin = new Singleton();

int main()
{

	//获取单例对象
	Singleton* single1 = Singleton::getSingle();
	single1->fun();
	
	getchar();
	return 0;
}

在类被加载时就被初始化为一个指向新创建的Singleton对象的指针。

因此，无论何时调用Singleton::getSingle()，它都会返回同一个对象的地址。

在程序结束时，这个静态的Singleton对象会被自动销毁

懒汉式单例模式

类加载时没有生成单例，而是在第一次调用获取实例的方法时才去创建这个单例。 会出现线程安全问题，即当多个线程同时访问某个对象或数据时，可能导致数据的不一致或错误

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
private:
	static Singleton* sin;
	Singleton(){}
	Singleton(const Singleton& single) = delete;  // 使用delete替代私有构造函数
	~Singleton(){}

public:
	static Singleton* getSingle()
	{
		if (sin == nullptr) // 如果单例对象还未被创建  
		{
			sin = new Singleton(); // 创建单例对象  
		}
		return sin;
	}
	void fun()
	{
		cout << "Singleton::fun()" << endl;
	}

};
Singleton* Singleton::sin = nullptr;

int main()
{

	//获取单例对象
	Singleton* single1 = Singleton::getSingle();
	single1->fun();
	
	getchar();
	return 0;
}

单例模式的优缺点

优点

1. 控制资源访问：通过单例模式，可以确保对某个资源的全局访问点只有一个，这样可以防止其他对象对该资源的访问导致状态不一致或数据污染。
2. 减少系统开销：如果一个类的实例创建非常消耗资源（如读取配置文件、打开数据库连接等），使用单例模式可以确保系统只创建一个实例，从而减少系统开销。
3. 简化配置：在单例模式中，由于类的实例是预先创建好的，因此在系统启动时就可以加载和初始化，这样可以简化配置和初始化工作。
4. 便于管理：由于单例模式提供了全局访问点，因此可以很方便地对实例进行管理和维护。
5. 避免对象之间的直接耦合：使用单例模式可以避免对象之间的直接耦合，而是通过单例类来协调它们之间的关系。

缺点

• 在多线程下，懒汉式单例模式可能会引起线程安全问题
  
• 由于单例模式的本质是将类的实例化控制权交由类本身来管理，因此难以扩展。如果需要为单例类添加新的功能，可能需要修改原有的代码，这可能会违反开闭原则
  
• 单例模式可能会将多个功能放在同一个类中，这可能会违反单一职责原则

应用示例

在使用 mysql 对象操作某个数据库中中，通常只使用一个 mysql 对象，对数据库进行复用连接，而不是为每个请求都创建一个新的连接

GetInstance 方法是获取单例实例的公共静态方法，使用 std::call_once 来确保线程安全地初始化单例实例

#include <mysql.h>  
#include <string.h>  
#include <iostream>  
#include <list>  
#include <mutex>  
  
using namespace std;  
  
class CMySql  
{  
private:  
    CMySql() {}  // 私有构造函数，防止外部使用 new 关键字创建实例  
    CMySql(const CMySql&) = delete;  // 删除拷贝构造函数  
    CMySql& operator=(const CMySql&) = delete;  // 删除赋值运算符  
  
public:  
    static CMySql& GetInstance() 
    {  
        std::call_once(initInstanceFlag, &InitSingleton);  
        return *m_pInstance;  
    }  
  
   
public:  
    ~CMySql(void);  
  
    bool ConnectMySql(const char* host, const char* user, const char* pass, const char* db, short nport = 3306);  
    void DisConnect();  
    bool SelectMySql(char* szSql, int nColumn, list<string>& lstStr);  
    bool GetTables(char* szSql, list<string>& lstStr);  
    bool UpdateMySql(char* szSql);  
  
private:  
    static CMySql* m_pInstance;  // 静态私有成员变量，保存类的唯一实例  
    static std::once_flag initInstanceFlag;  // 用于确保线程安全的初始化  
  
    MYSQL* m_sock;  
    MYSQL_RES* m_results;  
    MYSQL_ROW m_record;  
  
    // 初始化单例的函数  
    static void InitSingleton() 
{  
        m_pInstance = new CMySql();  
    }  
};  
  
// 初始化静态成员变量  
CMySql* CMySql::m_pInstance = nullptr;  
std::once_flag CMySql::initInstanceFlag;  
  
// 析构函数  
CMySql::~CMySql() 
{  
    // 清理资源等操作  
}