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c/c++

C++中实现Singleton的正确方法

發布時間:2025/3/19 c/c++ 27 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 C++中实现Singleton的正确方法 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

如果某個類管理了系統中唯一的某種資源,那么我們只能創建該類的一個實例,此時用到singleton設計模式(后面為了簡化將省略“設計模式”四個字)就比較合適了。然而,如果不注意實現方法,就很有可能會讓我們碰到一些莫名其妙的錯誤。圖1是經過簡化所得到的一個實現錯誤的例子。

  • main.c?
  • 00001:?#include?<iostream>?
  • 00002:?
  • 00003:?using?namespace?std;?
  • 00004:?
  • 00005:?class?singleton1_t?
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  • 00015:?
  • 00016:?private:?
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  • 00018:?????~singleton1_t?()?{}?
  • 00019:?
  • 00020:?????static?singleton1_t?instance_;?
  • 00021:?????int?count_;?
  • 00022:?};?
  • 00023:?
  • 00024:?class?singleton2_t?
  • 00025:?{?
  • 00026:?public:?
  • 00027:?????static?singleton2_t?*instance?()?
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  • 00031:?
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  • 00041:?
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  • 00046:?????return?0;?
  • 00047:?}?
  • 圖1?
    圖中的兩個類在實現singleton時都將類的構造和析構函數的對外可視性設為private,這是實現singleton首先要注意的一個點。通過這一手段,有助于預防他人粗心地定義類實例。
    圖中的singleton2_t類在其構造函數中調用singleton1_t類的count_increase ()方法使計數加一。第44行的代碼用于代表使用singleton2_t實例。第46行代碼則顯示singleton1_t類的記數信息。圖2示例了該程序的運行結果。
  • $?g++?main.cpp?-o?singleton.exe?
  • $?./singleton.exe?
  • count?=?0?
  • 圖2?
    是不是對于最終的顯示計數為0而不是1感到奇怪?錯誤發生的原因在于,singleton2_t類實例的構造是先于singleton1_t類的,當singleton1_t類的實例在最后構造時會把count_變量置成0,從而覆蓋singleton2_t的構造函數所引起的變更。?

    盡管這是一個精心設計的錯誤,但在大型項目中出現這類錯誤的可能性卻并不小。因為在現實項目中,singleton1_t和singleton2_t兩個類的實現很可能是在不同的源文件中,這勢必造成兩個類實例的初始化順序會因鏈接順序不同而不同,《揭示C++中全局類變量的構造與析構順序?》一文介紹了這是為什么。

    在本例中,如果將第39行和第40行的代碼進行對調就不會出現這種奇怪的現象,但這不是解決問題的終極方法。更好的方法需要更改singleton的實現方法,圖3示例了一種新的實現方法。
  • main.c?
  • 00001:?#include?<iostream>?
  • 00002:?
  • 00003:?using?namespace?std;?
  • 00004:?
  • 00005:?class?singleton1_t?
  • 00006:?{?
  • 00007:?public:?
  • 00008:?????static?singleton1_t?*instance?()?
  • 00009:?????{?
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  • 00011:?????????????p_instance_?=?new?singleton1_t;?
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  • 00016:?????void?count_increase?()?{count_?++;}?
  • 00017:?????int?count?()?const?{return?count_;}?
  • 00018:?
  • 00019:?private:?
  • 00020:?????singleton1_t?():?count_?(0)?{}?
  • 00021:?????~singleton1_t?()?{}?
  • 00022:?
  • 00023:?????static?singleton1_t?*p_instance_;?
  • 00024:?????int?count_;?
  • 00025:?};?
  • 00026:?
  • 00027:?class?singleton2_t?
  • 00028:?{?
  • 00029:?public:?
  • 00030:?????static?singleton2_t?*instance?()?
  • 00031:?????{?
  • 00032:?????????if?(0?==?p_instance_)?{?
  • 00033:?????????????p_instance_?=?new?singleton2_t;?
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  • 00035:?????????return?p_instance_;?
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  • 00037:?
  • 00038:?private:?
  • 00039:?????singleton2_t?()?{singleton1_t::instance?()->count_increase?();}?
  • 00040:?????~singleton2_t?()?{}?
  • 00041:?
  • 00042:?????static?singleton2_t?*p_instance_;?
  • 00043:?};?
  • 00044:?
  • 00045:?singleton2_t?*singleton2_t::p_instance_?=?0;?
  • 00046:?singleton1_t?*singleton1_t::p_instance_?=?0;?
  • 00047:?
  • 00048:?int?main?()?
  • 00049:?{?
  • 00050:?????singleton2_t::instance?();?
  • 00051:?????cout?<<?"count?=?"?<<?singleton1_t::instance?()->count?()?<<?endl;?
  • 00052:?????return?0;?
  • 00053:?}?
  • 圖3? 新實現最大的變化,在于將以前的類靜態變量從類實例變成了類指針,并在instance()函數中需要時通過new操作符創建類實例。指針在C++中仍是當作一種原始數據類型處理的,其初始化與類實例的初始化不同,不需調用類構造函數。在這一實現中,兩個類的靜態變量p_instance_的初始化都是在程序的.bss段初始化時一次性完成的。
    這一實現中由于類的實例是通過new操作符獲得的,所以需要為類定義釋放實例的函數(圖中省略了),并由在合適的時機調用。為了省去這類麻煩,作者更推崇圖4所示的實現方式。
  • main.c?
  • 00005:?class?singleton1_t?
  • 00006:?{?
  • 00007:?public:?
  • 00008:?????static?singleton1_t?*instance?()?
  • 00009:?????{?
  • 00010:?????????if?(0?==?p_instance_)?{?
  • 00011:?????????????static?singleton1_t?instance;?
  • 00012:?????????????p_instance_?=?&instance;?
  • 00013:?????????}?
  • 00014:?????????return?p_instance_;?
  • 00015:?????}?
  • 00016:?
  • 00017:?????void?count_increase?()?{count_?++;}?
  • 00018:?????int?count?()?const?{return?count_;}?
  • 00019:?
  • 00020:?private:?
  • 00021:?????singleton1_t?():?count_?(0)?{}?
  • 00022:?????~singleton1_t?()?{}?
  • 00023:?
  • 00024:?????static?singleton1_t?*p_instance_;?
  • 00025:?????int?count_;?
  • 00026:?};?
  • 圖4?

    通過在函數內部定義靜態變量的方法獲得類實例,一方面簡化了類接口的實現,另一方面又降低了因為忘記調用釋放接口函數而導致內存泄漏的可能。需要提醒的是,在這種實現方法中,類實例的構造是發生在各類的instance()函數第一次被調用時,而各實例的析構又是以與構造相反的順序進行的,且后者是由編程語言環境所保證的。??

    總結

    以上是生活随笔為你收集整理的C++中实现Singleton的正确方法的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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