C 基礎之單例模式自動釋放

2021-10-21 08:19:45 字數 4625 閱讀 2468

個人學習筆記

之前的介紹過關於單例模式的例子，其中物件是由_pinstance指標來儲存，通過new建立的物件並沒有進行釋放，是因為單例模式之後沒有其他**需要執行，程式會立馬結束，作業系統會自行**相關資源，但對於後面有相關**需要執行的程式來說，這種操作就會造成記憶體洩漏。有沒有什麼方式可以讓物件自動釋放？這樣既可以避免記憶體洩漏，又可以讓程式設計師不用關注物件釋放的問題。在涉及到自動的問題時，我們很自然的可以想到：物件被銷毀時，會自動呼叫其析構函式。利用這一特性，我們可以解決這一問題，這裡介紹4種方式對單例模式進行自動釋放：友元形式、內部類加靜態資料成員形式、atexit形式、pthread_once形式。

建立乙個新類autorelease，作為singleton的友元，建立該類的棧物件，由於編譯器會自動釋放棧物件，在釋放棧物件時會執行析構函式，這樣執行析構函式的同時順便把單例模式的物件給釋放了，這樣就可以達到目的了。

**如下（示例）：

#include


using std::cout;


using std::endl;


class


autorelease


;//1、友元形式


class


singleton


return _pinstance;


}//不需要主動呼叫來釋放物件了


static


void


destroy()


}private


:singleton()


~singleton()


private


:static singleton * _pinstance;};


class


autorelease


~autorelease()


}};singleton *singleton::_pinstance =


nullptr


;int


main()
除了友元，還可以把autorelease作為singleton的內部類，用public修飾時，可以直接在外面建立autorelease的棧物件，其作用原理與友元形式類似，因為autorelease只為singleton服務，所以autorelease要用private修飾，用private修飾後，autorelease物件就不能在singleton類外面建立，所以只能在singleton類裡面建立，作為singleton的普通資料成員，在singleton裡建立autorelease物件時，會呼叫autorelease建構函式，而此時的autorelease物件並不是棧物件，所以不會自動執行析構函式，需要singleton建立的類物件銷毀時才會**資料成員，這時才會執行autorelease的析構函式，進而再**singleton的物件，而singleton建立的單例物件就是靠autorelease才能釋放掉，這裡就陷入了乙個死迴圈，所以就不能建立autorelease物件作為singleton的普通資料成員，也就是說singleton物件不能擁有autorelease物件作為普通資料成員，所以需要把autorelease建立的物件從singleton建立的物件中拿出來，放到全域性/靜態區的位置，也就是讓autorelease建立的物件作為singleton的靜態資料成員，不僅僅被某個singleton物件擁有，它是乙個全域性的，不受某乙個singleton物件控制，又因為處於全域性/靜態區的物件或變數會隨著程序的結束而進行銷毀，這時就會執行autorelease的析構函式，進而把_pinstance給delete掉，這時就會執行singleton的析構函式，銷毀釋放singleton單例模式建立的物件，最終達到目的。

**如下（示例）：

#include


using std::cout;


using std::endl;


class


autorelease


;//2、內部類 + 靜態資料成員


class


singleton


return _pinstance;


}static


void


destroy()


}private


:class


autorelease


~autorelease()


}};private


:singleton()


~singleton()


private


:static singleton * _pinstance;


static autorelease _ar;


//不是棧物件};


singleton *singleton::_pinstance =


nullptr


;singleton::autorelease singleton::_ar;


//放到全域性靜態的位置，編譯器會自動賦乙個初值


intmain()
這裡需要借助乙個c的函式atexit()，atexit函式會註冊乙個函式，註冊的函式會在程序正常結束的時候呼叫，通過atexit註冊多次就會呼叫多次。這時需要考慮atexit的位置，考慮到singleton單例模式建立的物件只能被銷毀一次，所以atexit()最好是放到單例模式建立的作用域內。但是在多執行緒環境下，上面的**都是有缺陷的，因為if(nullptr==_pinstance)判斷語句對於有幾個執行緒的情況下，可能會同時滿足if判斷語句中的內容，然後建立多個singleton物件，這樣不僅不符合單例模式（乙個類有且只能有乙個物件），而且釋放的時候不會把多執行緒建立的多個物件全部銷毀釋放掉，從而造成記憶體洩漏，這種情況下，對於多執行緒環境下是不安全的。出現這種情況是因為，在進入if判斷語句之前，_pinstance的值為空，所以這裡我們可以在_pinstance初始化的時候賦乙個值，這樣下次進入getinstance()時，_pinstance已經有值了，即使在多執行緒環境下，也不會建立多個物件，這樣解決了多執行緒環境下不安全的問題，這就對應一種模式：餓漢模式。

**如下（示例）：

#include


#include


using std::cout;


using std::endl;


class


autorelease


;//3、atexit + 餓漢模式


//可以解決多執行緒環境下不安全的問題


class


singleton


return _pinstance;


}static


void


destroy()


}private


:singleton()


~singleton()


private


:static singleton * _pinstance;};


/* singleton *singleton::_pinstance = nullptr;//飽漢模式(懶漢模式) */


singleton *singleton::_pinstance =


getinstance()


;//餓漢模式


intmain()
其實在linux系統中，有乙個函式可以保證多執行緒環境下安全性的問題，它就是pthread_once()，完整形式：int pthread_once(pthread_once_t *once_control, void (*init_routine)(void))，該函式使用初值為pthread_once_init的once_control變數保證init_routine()函式在本程序執行序列中僅執行一次。在多執行緒程式設計環境下，儘管pthread_once()呼叫會出現在多個執行緒中，但init_routine()函式僅執行一次，究竟在哪個執行緒中執行是不定的，是由核心排程來決定。所以在這種情況下，即使在多執行緒環境下，選擇飽漢模式或者餓漢模式都都可以，因為init_routine()函式只會執行一次。注意一點該形式只能在linux系統下使用，跨平台性不高。在linux系統通過g++編譯的時候需要加上執行緒庫-lpthread，其中這個p是posix，它是linux下的乙個標準。

**如下（示例）：

#include


#include


#include


using std::cout;


using std::endl;


class


autorelease


;//4、pthread_once形式


//可以解決多執行緒環境下不安全的問題


class


singleton


static


void


init()


static


void


destroy()


}private


:singleton()


~singleton()


private


:static singleton * _pinstance;


static pthread_once_t _once;};


singleton *singleton::_pinstance =


nullptr


;//飽漢模式(懶漢模式)


/* singleton *singleton::_pinstance = getinstance();//餓漢模式 */


pthread_once_t singleton::_once = pthread_once_init;


intmain()

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