C 設計模式之單例模式

單例模式：

保證乙個類僅有乙個例項，並提供乙個訪問它的全域性訪問點。

應用場景：

在軟體系統中，經常有這樣一些特殊的類，必須保證它們在系統中只存在乙個例項，才能確保它們的邏輯正確性。

乙個全域性使用的類頻繁地建立與銷毀。

比如：windows 資源管理器，**站等。

這應該是類設計者的職責，而不是使用者的職責。也就是說這個單例不應該由人來控制，而應該由**來限制，強制單例。

5 mutex mu;//執行緒互斥物件

6 classsingleton

11 private:

12 //私有建構函式，不允許使用者自己生成物件

13 singleton()

14

17 singleton(const singleton&other);

18 static singleton* m_instance; //靜態成員變數

19 };

單例模式分為兩種型別：餓漢式，懶漢式。

餓漢式：

1 // 餓漢式

2 singleton*singleton::getinstance()
3 6 // 靜態成員需要先初始化
7 singleton* singleton::m_instance = new singleton();

因為是靜態屬性在單例類定義的時候就進行例項化，所以優點是執行緒是安全的，缺點是無論使用者是否使用單例物件都會建立單例物件。

懶漢式：

1 //靜態成員需要先初始化

2 singleton* singleton::m_instance =null;
3 // 懶漢式
4 singleton*singleton::getinstance()
5 

懶漢式是執行緒不安全的，比如兩個執行緒同時執行到上面的第7行後，那麼兩個將分別建立兩個例項，不滿足單例的要求。

為解決執行緒不安全，有了下面的加鎖處理：

1 // 懶漢式  加鎖(代價高)

2 singleton*singleton::getinstance()
3 

1 //   懶漢式 雙檢查鎖

2 singleton*singleton::getinstance()
3 11     returnm_instance;
12 }

但，由於編譯器等進行優化，導致記憶體讀寫存在reorder，有時導致雙檢查鎖的不安全性，處理辦法：

1 //c++ 11版本之後的跨平台實現 

2 // atomic c++11中提供的原子操作
3 #include 4 #include 5    
6 classsingleton 
11 private:
12        //私有建構函式，不允許使用者自己生成物件
13        singleton() 
14        singleton(const singleton&other);
15        static atomicm_instance; //靜態成員變數 
16        staticmutex m_mutex;
17 };
18 std::atomicsingleton::m_instance;
19 std::mutex singleton::m_mutex;
20 /*
21 * std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);
22 * std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release);
23 * 這兩句話可以保證他們之間的語句不會發生亂序執行。
24 */
25 singleton*singleton::getinstance() 
36 }
37        returntmp;
38 }

1 voidtest01()

2  8 
9 voidtest02()
10 14 
15 16   // 多執行緒呼叫
17 voidthread01()
18 25 }
26 voidthread02()
27 34 }
35 36 intmain()
37 51 
52     system("pause");
53     return 0;
54 }

在系統記憶體中只存在乙個物件，因此可以節約系統的資源，對於一些需要頻繁建立和銷毀的物件，使用單例模式無疑是提高了系統的效能；

單例模式允許可變數目的例項。基於單例模式可以進行擴充套件，使用與控制單例物件相似的方法獲得指定個數的例項物件，既節約了系統資源，又解決了由於單例物件共享過多有損效能的問題(自行提供指定數目例項物件的類可成為多例類) 。

缺點：由於單例模式沒有抽象層，所以擴充套件起來很難；

單例類職責過重，在一定程度上違背了單一職責原則。因為單例類既提供了業務方法，又提供了建立物件的方法(工廠方法)，將物件的建立和物件本身的功能耦合在一起；

不適用於變化的物件，如果同一型別的物件總是要在不同的用例場景發生變化，單例就會引起資料的錯誤，不能儲存彼此的狀態；

多執行緒模式下較複雜。

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