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C++特殊类的设计与单例模式

时间:2024-02-27 21:23:52浏览次数:28  
标签:std Singleton getInstance StackOnly int 模式 static C++ 单例

// 1. 设计一个不能被拷贝的类 /* 解析:拷贝只会放生在两个场景中:拷贝构造函数以及赋值运算符重载,因此想要让一个类禁止拷贝, 只需让该类不能调用拷贝构造函数以及赋值运算符重载即可。 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。 原因: 1. 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 2. 只声明不定义:防止编译器自动生成,且没必要定义,原本就是不想使用 C++11: C++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 //ban 禁止 , 禁止拷贝 {    // ...    CopyBan(const CopyBan&)=delete;    CopyBan& operator=(const CopyBan&)=delete;    //... }; h*/ //2.设计一个只能在堆上创建对象的类 //------------------------------------------------------------ 只能在堆上创建对象的类 /* //思路1:隐藏析构函数 class HeapOnly { public: void Destory() { delete this; } private: ~HeapOnly() { std::cout << "~HeapOnly()" << std::endl; } //public: int _x; }; int main() { //HeapOnly ho1; //报错,没有可访问的析构函数类不能在栈上定义对象,因为栈上的对象是由编译器负责析构的,但类外不能访问私有,即编译器调不到析构,释放不了,所以会有问题 //HeapOnly ho2(); //未知,编译器自动生成的行为不可控制 //static HeapOnly ho4; //静态区的对象也受编译器控制析构,所以也不能正常定义 HeapOnly *ho3 = new HeapOnly; //没有可访问的析构函数类只能在堆上定义对象,因为堆上的资源由用户自己释放,所以可以正常定义 //delete ho3; //必须是公开的析构函数,才能在栈上使用delete(在栈域访问类域私有成员) ho3->Destory(); //进到类域内部的函数能够访问私有成员,可以析构 return 0; } */ //思路2:隐藏构造函数(常用,通用) //封构造函数能够把在栈上 定义或new 封掉 /* class HeapOnly { public: static HeapOnly* createObj(int x = 0) // static函数在类域内,不受访问修饰符约束,能够看得见成员函数 { HeapOnly* p = new HeapOnly(x); //在类域内new一个对象,就是在类域内调用构造,定义的空间位于堆区 return p; } private: HeapOnly(int x = 0) :_x(0) {} HeapOnly(const HeapOnly& ho) = delete; HeapOnly& operator=(const HeapOnly& ho) = delete; int _x; }; int main() { HeapOnly* ho = HeapOnly::createObj(0); //在栈上定义一个指针,调用类域内的静态函数createObj去new一个对象,得到对象的指针 //HeapOnly ho1(*ho); //还需要禁掉拷贝构造 return 0; } */ //------------------------------------------------------------ 只能在堆上创建对象的类__End; // 设计只能在栈上定义类(不能完全做到,最多只能禁止堆,不能禁止static区) /* class StackOnly { public: static StackOnly createObj(int x = 0) { return StackOnly(x); //传值返回 } static StackOnly create_move_Obj(int x = 0) { return std::move(StackOnly(x)); //画蛇添足 } StackOnly(const StackOnly& ho):_x(ho._x) {} StackOnly(StackOnly&& ho):_x(ho._x) {} private: StackOnly(int x = 0):_x(0) {} int _x; }; int main() { StackOnly ho = StackOnly::createObj(0); //传值返回 -- 需要拷贝构造 static StackOnly sho = ho; // 有拷贝构造就能创建static对象 StackOnly ho1 = StackOnly::create_move_Obj(1); //如果禁止掉拷贝构造而使用移动构造 static StackOnly sho1 = std::move(ho1); // 有移动构造也能创建static对象 return 0; } */ //设计一个不能被继承的类 /* C++98:构造函数私有化 // 原因: 派生类在初始化时必须要显式调用父类构造函数帮助父类私有化, 父类构造函数私有后,子类就无法完成初始化了 C++11:使用final关键字,final修饰类,表示该类不能被继承 class A  final //最终 {    // .... }; */ //设计模式 /* 设计模式: 设计模式(Design Pattern)是一套被反复使用、多数人知晓、经过分类的、代码设计经验的总结。 为什么会产生设计模式这样的东西呢? 就像人类历史发展会产生兵法。最开始部落之间打仗时都是人拼人的对砍。后来春秋战国时期,七国之间经常打仗,就发现打仗也是有套路的, 后来孙子就总结出了《孙子兵法》. -- 类似 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. //C++不太关注设计模式,Java比较关注 C++常见设计模式: 适配器 迭代器 单例 (最广泛) 工厂 观察者 */ //单例模式 singleton pattern /* 在一个进程中,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(getInstance),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: 1.饿汉模式 2. 懒汉模式 使用场景:只要某个类的对象在全局只有一份,就可以使用单例模式 单例模式的实现: 1.把这些数据放进一个类里面,把这个类设计成单例类 2.把这个类设计成只允许在堆上实例的类 3.选择饿汉或懒汉模式 */ //饿汉模式: /* 进程一启动就会创建一个唯一的实例对象,在main函数执行前就创建了. // 优点:简单,没有线程安全问题(因为main函数之前没有多线程,而饿汉在main之前就new了) // 缺点:可能会导致进程启动慢(如果单例对象很大),且会占用资源(没用也创建), 且如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定(main内的代码执行流是确定的,其他的不确定。 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。 --- 怎么体现 class Singleton { public: static Singleton* getInstance() { return _ins; } void Add(const std::string& s) { _mtx.lock(); _v.push_back(s); _mtx.unlock(); } void Print() { _mtx.lock(); for (auto& v : _v) { std::cout << v << std::endl; } _mtx.unlock(); } private: Singleton() {} Singleton(const Singleton& ins) = delete; //如果没有加锁,则有防拷贝作用 //禁止拷贝构造后,operator可以不防止(调不到拷贝构造了),不防止有没有其他问题还不清楚,最好还是写 std::vector _v; // 不用给大小,对象实例化后会自动定义一个空的,后面push_back即可 static Singleton* _ins; std::mutex _mtx; }; Singleton* Singleton::_ins = new Singleton; //在堆上实例化 int main() { //Singleton::getInstance()->Add("张三"); //Singleton::getInstance()->Add("李四"); //Singleton::getInstance()->Add("王五"); //Singleton::getInstance()->Print(); int n = 10; std::thread t1([n]() { for (int i = 0; i < n; i++) { srand((size_t)time(0)); //srand只在当前进程有效 Singleton::getInstance()->Add(std::string("线程1: ") + std::to_string(rand())); } }); std::thread t2([n]() { for (int i = 0; i < n; i++) { srand((size_t)time(0)); Singleton::getInstance()->Add(std::string("线程2: ") + std::to_string(rand())); } }); t1.join(); t2.join(); Singleton::getInstance()->Print(); return 0; } */ //懒汉模式: /* 如果单例对象一开始就进行初识化,构造十分耗时或者占用很多资源,还伴随一些IO行为如 加载插件,初始化网络连接,读取文件等等, 而且有可能该对象在程序运行时不会用到,就会导致程序启动时非常缓慢。这种情况使用懒汉模式(延迟加载)更好. 懒汉模式在启动后能够使用多线程,一个线程IO,另一个线程执行业务等.一个线程不会影响另一个线程,能够缓解慢、卡顿等问题(多核的好处) 多核,并发能让不关联的业务分别独立执行,提高效率 优点:只在初次使用实例对象时,创建对象。进程启动无负载。多个单例实例启动顺序能够自由控制. 能够解决饿汉的所有缺点 缺点:复杂 class Singleton { public: static Singleton* getInstance() { //双检查加锁 //设计模式专业术语:双重检查锁定模式一种软件设计模式,用来减少并发系统中竞争和同步的开销。 //双重检查锁定模式首先验证锁定条件(第一次检查),只有通过锁定条件验证才真正的进行加锁逻辑并再次验证条件(第二次检查)。 if (!_ins) //提高效率,减少加锁解锁 { _imtx.lock(); if (!_ins) //用于保证线程安全和 只new一次 { _ins = new Singleton; } _imtx.unlock(); } return _ins; } //手动释放_ins对象,手动调用del并不会影响到_gc,因为静态类型不受对象控制 static void delInstance() //为什么是静态? 因为没有对象,只有类型,通过类域展开来调用 { //不需要双检查加锁了,因为销毁对象极少调用.开销不大 _imtx.lock(); if (_ins) { delete _ins; //之后会自动调用_ins的析构 _ins = nullptr; } _imtx.unlock(); } //资源自动回收对象GC struct GC { ~GC() { std::cout<<"~GC"<<std::endl; delinstance();="" }="" };="" static="" struct="" gc="" _gc;="" 声明一个静态gc成员,静态成员不受_ins对象控制,只在生命周期到了(结束结束)后自动释放="" 因为定义在堆的对象在程序结束时不会自动释放="" delete,所以设计gc辅助="" 1.当程序快结束前(main="" return之后),静态变量的生命周期结束,os会自动delete静态变量,即~gc且释放_gc,然后delinstance,~singleton且释放_ins="" 因此gc能够保证单例对象能在程序结束时自动完成析构和释放工作="" void="" add(const="" std::string&="" s)="" {="" _vmtx.lock();="" _v.push_back(s);="" _vmtx.unlock();="" print()="" for="" (auto&="" v="" :="" _v)="" std::cout="" <<="" std::endl;="" ~singleton()="" 对象要没的时候(delete="" this)才会调用="" 持久化操作...="" (持久化就是变成长久保存,一般就是写到文件,文件在磁盘中,就是持久化的一种实现)="" 要求在析构时,将数据保存在文件中.="" private:="" singleton()="" {}="" singleton(const="" singleton&="" ins)="delete;" 如果没有加锁,则有防拷贝作用="" 禁止拷贝构造后,operator可以不防止(调不到拷贝构造了),不防止有没有其他问题还不清楚,最好还是写="" std::vector<std::string=""> _v; // 不用给大小,对象实例化后会自动定义一个空的,后面push_back即可 std::mutex _vmtx; static Singleton* _ins; static std::mutex _imtx; //// 静态锁不属于对象,在静态区,锁的是静态区的对象 }; Singleton* Singleton::_ins = new Singleton; //在堆上实例化 std::mutex Singleton::_imtx; Singleton::GC Singleton::_gc; int main() { //Singleton::getInstance()->Add("张三"); //Singleton::getInstance()->Add("李四"); //Singleton::getInstance()->Add("王五"); //Singleton::getInstance()->Print(); int n = 10; //srand((size_t)time(0)); 影响不到两个线程,定不定义无所谓 std::thread t1([n]() { for (int i = 0; i < n; i++) { //srand((size_t)time(0)); //srand只在当前进程有效,但这里定义变化不大了,需要寻求新的随机数方法 Singleton::getInstance()->Add(std::string("线程1: ") + std::to_string(rand())); } }); std::thread t2([n]() { for (int i = 0; i < n; i++) { //srand((size_t)time(0)); Singleton::getInstance()->Add(std::string("线程2: ") + std::to_string(rand())); } }); t1.join(); t2.join(); Singleton::getInstance()->Print(); //Singleton::delInstance(); //手动释放, return 0; //程序结束才会释放静态,因为静态不受对象控制,只随生命周期(整个程序运行期间) } //懒汉模式方式2 class Singleton { public: static Singleton* GetInstance() { // C++11之前,这里不能保证初始化静态对象的线程安全问题 // C++11之后,这里可以保证初始化静态对象的线程安全问题 --- 很复杂,有机会再研究 static Singleton inst; //局部静态对象只会在第一调用时初始化 return &inst; } void Add(const string& str) { _vmtx.lock(); _v.push_back(str); _vmtx.unlock(); } void Print() { _vmtx.lock(); for (auto& e : _v) { cout << e << endl; } cout << endl; _vmtx.unlock(); } ~Singleton() { // 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 } private: // 限制类外面随意创建对象 Singleton() { cout << "Singleton()" << endl; } // 防拷贝 Singleton(const Singleton& s) = delete; Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete; private: mutex _vmtx; vector _v; }; int main() { Singleton::GetInstance(); Singleton::GetInstance(); return 0; } */ //还可以给_instance加volatile关键字 防止过度优化,但后续可能有很多细节要处理.可加可不加

标签:std,Singleton,getInstance,StackOnly,int,模式,static,C++,单例
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