C++特殊类设计（单例模式）
C++特殊类设计（单例模式）
1.请设计一个类，不能被拷贝
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C++98
将拷贝构造函数与赋值运算符重载只声明不定义，并且将其访问权限设置为私有即可。class CopyBan { // ... private: CopyBan(const CopyBan&); CopyBan& operator=(const CopyBan&); //... };原因：
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设置成私有：如果只声明没有设置成private，用户自己如果在类外定义了，就可以不能禁止拷贝了
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只声明不定义：不定义是因为该函数根本不会调用，定义了其实也没有什么意义，不写反而还简单，而且如果定义了就不会防止成员函数内部拷贝了。
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C++11C++11扩展delete的用法，delete除了释放new申请的资源外，如果在默认成员函数后跟上=delete，表示让编译器删除掉该默认成员函数。
class CopyBan { // ... CopyBan(const CopyBan&)=delete; CopyBan& operator=(const CopyBan&)=delete; //... };
2. 请设计一个类，只能在堆上创建对象
实现方式：
- 将类的构造函数私有，拷贝构造声明成私有。防止别人调用拷贝在栈上生成对象。
- 提供一个静态的成员函数，在该静态成员函数中完成堆对象的创建
//请设计一个类，只能在堆上创建对象
//思路1
class HeapOnly
{
public:
void Destroy()
{
delete this;
}
private:
~HeapOnly()
{
cout << "~HeapOnly()" << endl;
}
int _x;
};
//思路2
class HeapOnly2
{
public:
static HeapOnly2* CreateObj(int x = 0)
{
return new HeapOnly2(x);
}
private:
HeapOnly2(int x=0)
:_x(x)
{}
HeapOnly2(const HeapOnly2& hp) = delete;
HeapOnly2& operator=(const HeapOnly2& hp) = delete;
int _x;
};
3. 请设计一个类，只能在栈上创建对象
将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回即可。
//请设计一个类，只能在栈上创建对象
class StackOnly
{
public:
static StackOnly CreateObj(int x = 0)
{
return StackOnly(x);
}
StackOnly(StackOnly&& so)
:_x(so._x)
{}
private:
StackOnly(int x = 0)
:_x(x)
{}
StackOnly(const StackOnly& so) = delete;
int _x;
};
4. 请设计一个类，不能被继承
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C++98
// C++98中构造函数私有化，派生类中调不到基类的构造函数。则无法继承 class NonInherit { public: static NonInherit GetInstance() { return NonInherit(); } private: NonInherit() {} }; -
C++11
final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。class A final { // .... };
5.请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)
设计模式：
设计模式（Design Pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计经验的总结。
使用设计模式的目的：为了代码可重用性、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 设计模式使代码编写真正工程化；设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一样。
单例模式：
一个类只能创建一个对象，即单例模式，该模式可以保证系统中该类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息，这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。
单例模式有两种实现模式：
饿汉模式
就是说不管你将来用不用，程序启动时就创建一个唯一的实例对象。
//饿汉模式：第一次访问实例对象前创建
// 饿汉模式
// 优点：简单
// 缺点：可能会导致进程启动慢，且如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定。
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
return _ins;
}
void Add(const string& str)
{
mtx.lock();
_v.push_back(str);
++_n;
mtx.unlock();
}
void Print()
{
mtx.lock();
for (auto e : _v)
cout << e << endl;
mtx.unlock();
}
int getN()
{
return _n;
}
private:
//限制类外面随意创建对象
Singleton()
{}
private:
int _n = 0;
mutex mtx;
vector _v;
static Singleton* _ins;
};
Singleton* Singleton::_ins = new Singleton;
如果这个单例对象在多线程高并发环境下频繁使用，性能要求较高，那么显然使用饿汉模式来避免资源竞争，提高响应速度更好。
懒汉模式
如果单例对象构造十分耗时或者占用很多资源，比如加载插件啊， 初始化网络连接啊，读取文件啊等等，而有可能该对象程序运行时不会用到，那么也要在程序一开始就进行初始化，就会导致程序启动时非常的缓慢。 所以这种情况使用懒汉模式（延迟加载）更好。
// 懒汉
// 优点：第一次使用实例对象时，创建对象。进程启动无负载。多个单例实例启动顺序自由控制。
// 缺点：复杂
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
//双检查加锁
if (_ins == nullptr) //提高效率，不需要每次获取单例都加锁解锁
{
_imtx.lock();
if (_ins == nullptr) //保证线程安全和只new一次
_ins = new Singleton;
_imtx.unlock();
}
return _ins;
}
//一般全局都要使用单例对象，所以单例对象一般不需要显示释放
//有些特殊场景，想显示释放一下
static void DelInstance()
{
_imtx.lock();
if (_ins)
{
delete _ins;
_ins = nullptr;
}
_imtx.unlock();
}
~Singleton()
{
cout << "~Singleton()" << endl;
//持久化
//比如要求程序结束时，将数据写到文件,单例对象析构时持久化就比较好
}
//内部类：单例对象回收
class GC
{
public:
~GC()
{
DelInstance();
}
};
void Add(const string& str)
{
mtx.lock();
//_v.push_back(str);
++_n;
mtx.unlock();
}
void Print()
{
mtx.lock();
for (auto e : _v)
cout << e << endl;
mtx.unlock();
}
int getN()
{
return _n;
}
private:
//限制类外面随意创建对象
Singleton()
{}
Singleton(const Singleton& sl) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton& sl) = delete;
private:
int _n = 0;
mutex mtx;
vector _v;
static Singleton* _ins;
static mutex _imtx;
static GC _gc;
};
Singleton* Singleton::_ins = nullptr;
mutex Singleton::_imtx;
Singleton::GC Singleton::_gc;
分析：懒汉和饿汉的优缺点
饿汉的缺点：
1.如果单例对象初始化很慢（如初始化动作多，还会伴随一些IO行为，如读取配置文件），main函数之前就要申请，第一，暂时不需要使用确占用资源，第二程序启动会受影响。
2.如果两个单例都是饿汉，并且有依赖关系，要求单例1再创建，单例2再创建，饿汉无法控制顺序，懒汉才可以。
饿汉的优点:
简单(相对懒汉而言)
懒汉完美的解决了上面饿汉的问题，就是相对复杂一点