c++单例模式singleton实现

2017-04-30

1.singleton 单例模式：

设计一个类，我们只能生成该类的一个实例。eg. 地球就是一个singleton，据我们所知，宇宙中目前只有一个地球。

2.实现思路：

设一个static private变量：instance。每次要生成该类实例时都检查一下这个instance是否为nullptr：是的话就新建一个实例赋给该instance，否的话就直接返回这个实例。

为什么instance需要是static的呢？

因为instance应该是一个类变量，它需要被整个class共享，static关键字在上一篇笔记中讲过：它可以限制变量的作用域，static变量在类中就会变成类变量，整个类的实例都能访问。如果是实例变量的话，那么每个实例都将拥有分别拥有各自的instance，就无从判断该类是不是已经有一个实例了。
eg. 宇宙在创造地球的时候，为了让人类珍惜赖以生存的家园，它决定整个宇宙中只能有一个地球，但是它要创造的星球很多，常常忘记已经创造了哪个，还没创造哪个。所以为了保证只有一个地球，它把地球类设计成了单例模式，并且给了这个类一张白纸。有一天它决定要创造地球了，于是就先让地球出示了那张纸，它发现：那张纸是空白的，这说明地球还没有被创造过，所以它就选好了一个位置（内存），并把这个位置记在了白纸上，然后它在这个位置上创造了地球。一个月后，忙碌的宇宙又想起了创造地球这件事，但是它不确定自己是否已经创造过地球了，于是它找到地球类，让它出示那张纸，发现那张纸上已经有一个地址了！地球类对宇宙说：“我已经有一个实例了，它就在这个纸上写的位置上，不信你去瞧瞧！”宇宙按照地址找到了地球，发现它就在那里，于是宇宙就决定进行下一步：改善地球环境。这当然都是后话了。

为什么instance需要是private的呢？

因为如果instance是public的，那么任意一个该类的实例都可以修改它的值，比如：创建完一个实例之后，编程人员不小心把instance又置为了nullptr,那么下次就还能够创建新的实例，这是不符合单例模式宗旨的。

3.实现代码：

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#include<iostream>
using namespace std;
class Singleton{
private:
    static Singleton* instance;
    int no=0;
    Singleton(){no++; cout<<"Construct!"<<endl;}
    ~Singleton(){cout<<"Delete!"<<endl;}
public:
    static Singleton* getInstance(){
        if(instance == nullptr){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    void Print(){cout<<no<<endl;}
};
// 初始化instance
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
int main(){
    Singleton* single1 = Singleton::getInstance();
    Singleton* single2 = Singleton::getInstance();
	cout<<"single1 addr:"<<single1<<endl;
	cout<<"single2 addr:"<<single2<<endl;
    if(single1 == single2){
        cout<<"same"<<endl;
    }
    single1->Print();
    single2->Print();
    return 0;
}

运行结果图：
运行结果图
我说说我有疑问的的几点：

  1. instance变量为什么是Singleton*类型，不能是Singleton或者Singleton&类型？
    答：如果是Singleton类型：那就是递归结构了，自身包含自身，没法做到只有一个实例；
    如果是Singleton&引用类型，对于引用类型的成员, 只能通过初始化表达式进行初始化。Singleton(Singleton &s):instance(s) { },这还是递归结构嘛，先有鸡还是先有蛋的问题。
  2. instance变量如何初始化呢？
    答：在类的外面，初始化为nullptr。不能在里面初始化，否则zongshinullptr，总能创建新的实例。
  3. 构造函数和析构函数为什么是private的？
    答：构造函数是private：构造函数就是生成实例的，如果public则其他实例可以被任意生成；
    析构函数在实例被销毁时自动调用，析构函数只能有一个, 不能被重载。析构函数可以被显式的调用, 以释放对象中动态申请的内存。如果析构函数是public,则实例将能够被随意销毁，instance变量如果没有了，下次就不能够再生成了。
  4. 为什么~Singleton()析构函数没有被调用，而构造函数被调用了？
    答：因为new Singleton()所以构造函数被调用了，以instance地址为起点，开辟了一块空间，给instance变量进行了初始化；
    因为该实例存在于静态存储区，static的变量要程序关闭才会释放。
  5. 如何验证这个类真的只有一个实例？
    答：在本例中，==用来判断两个指针是否相同，即判断两个实例是否在同一个地址。