[C++知识库]c++单例模式

单例模式

目的：一个类只能创建一个对象

使用场景：

1. 需要生成唯一序列的环境
2. 需要频繁实例化然后销毁的对象。
3. 创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。
4. 方便资源相互通信的环境

优点：

1. 实现了对唯一实例访问的可控
2. 对于一些需要频繁创建和销毁的对象来说可以提高系统的性能。

缺点：

1. 不适用于变化频繁的对象
2. 滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出。
3. 如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为该对象是垃圾而被回收，这可能会导致对象状态的丢失

实现步骤：

1. 将构造函数与析构函数设置为私有方式
2. 分别创建静态的创建对象与销毁对象的函数

代码1

#include <iostream>
using namespace std;

class singleton
{
private:
    // 将构造函数和析构函数设置为私有的，这样就不可以创建栈对象
    // 满足单例模式一个类只能创建一个对象的需求
    singleton()
    {
        cout << "singleton()" << endl;
    }

    ~singleton()
    {
        cout << "~singleton()" << endl;
    }

    //静态成员函数不能调用非静态成员，所以将该成员设置为static
    static singleton *_pInstance;

public:
    //由于需要调用该函数来创建对象，但是又必须先创建对象才能调用该函数，所以
    //需要将该函数设置为static，这样就可以通过类名加作用域限定符的方式调用了
    static singleton *getInstance()
    {
        //通过判断，为了只创建一次对象
        if (_pInstance == nullptr)
        {
            _pInstance = new singleton();
        }
        return _pInstance;
    }

    static void destroy()
    {
        if (_pInstance != nullptr)
        {
            delete _pInstance;
            _pInstance = nullptr;
        }
    }
};

singleton *singleton::_pInstance = nullptr;

int main()
{
    singleton *ps1 = singleton::getInstance();
    singleton *ps2 = singleton::getInstance();
    cout << "ps1 = " << ps1 << endl
         << "ps2 = " << ps2 << endl;

    ps1->destroy();
    ps2->destroy();
    singleton::destroy();

    return 0;
}

运行结果：
singleton()
ps1 = 0x55d09ad1fe70
ps2 = 0x55d09ad1fe70
~singleton()

单例的自动释放

若想让对象结束的时候自动释放所持有的资源，可以使用atexit函数来实现

#include <stdlib.h>
int atexit(void (*function)(void));
// atexit - register a function to be called at normal process termination

只需要在创建对象的后面加上该函数。这样就不需要手动释放资源了。

static singleton *getInstance()
    {
        if (_pInstance == nullptr)
        {
            _pInstance = new singleton();
            atexit(destroy);
        }
        return _pInstance;
    }

线程安全性

对于上述代码在单个线程的时候，是不会出现问题的，但是当多个线程的时候，就会出现线程不安全的问题，上述代码其实就是单例模式的懒汉模式（使用的时候才创建对象）

下面介绍另外一种模式叫做饿汉模式（不管用不用对象，程序启动的时候就创建对象）

代码很简单

将饱汉模式:singleton *singleton::_pInstance = nullptr;
改成
饿汉模式:singleton *singleton::_pInstance = getInstance();

其实对于懒汉模式也可以通过加锁的方式实现线程安全。

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