單例模式（Singleton），也叫單子模式，是一種常用的軟件設(shè)計(jì)模式。在應(yīng)用這個(gè)模式時(shí)，單例對象的類必須保證只有一個(gè)實(shí)例存在。
許多時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)只需要擁有一個(gè)全局對象，這樣有利于我們協(xié)調(diào)系統(tǒng)整體的行為。
比如在某個(gè)服務(wù)器程序中，該服務(wù)器的配置信息存放在一個(gè)文件中，這些配置數(shù)據(jù)由一個(gè)單例對象統(tǒng)一讀取，然后服務(wù)進(jìn)程中的
其他對象再通過這個(gè)單例對象獲取這些配置信息。這種方式簡化了在復(fù)雜環(huán)境下的配置管理。
——但是如果沒有學(xué)過設(shè)計(jì)模式的人，可能不會(huì)想到要去應(yīng)用單例模式，面對單例模式適用的情況，可能會(huì)優(yōu)先考慮使用全局或者靜態(tài)變量的方式，
這樣比較簡單，也是沒學(xué)過設(shè)計(jì)模式的人所能想到的最簡單的方式了。如果采用全局或者靜態(tài)變量的方式，會(huì)影響封裝性，難以保證別的代碼不會(huì)對全局變量造成影響。
而使用單例模式，將類設(shè)計(jì)成單例，成員變量都設(shè)成私有，要修改的話只能通過調(diào)用成員函數(shù)，更安全。適用場景：
單例模式只允許創(chuàng)建一個(gè)對象，因此節(jié)省內(nèi)存，加快對象訪問速度，因此對象需要被公用的場合適合使用，如多個(gè)模塊使用同一個(gè)數(shù)據(jù)源連接對象等等。如：
1.需要頻繁實(shí)例化然后銷毀的對象。
2.創(chuàng)建對象時(shí)耗時(shí)過多或者耗資源過多，但又經(jīng)常用到的對象。
3.有狀態(tài)的工具類對象。
4.頻繁訪問數(shù)據(jù)庫或文件的對象。
以下都是單例模式的經(jīng)典使用場景：
1.資源共享的情況下，避免由于資源操作時(shí)導(dǎo)致的性能或損耗等。如上述中的日志文件，應(yīng)用配置。
2.控制資源的情況下，方便資源之間的互相通信。如線程池等。應(yīng)用場景舉例：
- 外部資源：每臺計(jì)算機(jī)有若干個(gè)打印機(jī)，但只能有一個(gè)PrinterSpooler，以避免兩個(gè)打印作業(yè)同時(shí)輸出到打印機(jī)。
內(nèi)部資源：大多數(shù)軟件都有一個(gè)（或多個(gè)）屬性文件存放系統(tǒng)配置，這樣的系統(tǒng)應(yīng)該有一個(gè)對象管理這些屬性文件 - Windows的Task Manager（任務(wù)管理器）就是很典型的單例模式（這個(gè)很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打開兩個(gè)windows task manager嗎？ 不信你自己試試看哦~
- windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的單例應(yīng)用。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，回收站一直維護(hù)著僅有的一個(gè)實(shí)例。
- 網(wǎng)站的計(jì)數(shù)器，一般也是采用單例模式實(shí)現(xiàn)，否則難以同步。
- 應(yīng)用程序的日志應(yīng)用，一般都何用單例模式實(shí)現(xiàn)，這一般是由于共享的日志文件一直處于打開狀態(tài)，因?yàn)橹荒苡幸粋€(gè)實(shí)例去操作，否則內(nèi)容不好追加。
- Web應(yīng)用的配置對象的讀取，一般也應(yīng)用單例模式，這個(gè)是由于配置文件是共享的資源。
- 數(shù)據(jù)庫連接池的設(shè)計(jì)一般也是采用單例模式，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫連接是一種數(shù)據(jù)庫資源。數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)中使用數(shù)據(jù)庫連接池，
主要是節(jié)省打開或者關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接所引起的效率損耗，這種效率上的損耗還是非常昂貴的，因?yàn)楹斡脝卫Ｊ絹砭S護(hù)，就可以大大降低這種損耗。 - 多線程的線程池的設(shè)計(jì)一般也是采用單例模式，這是由于線程池要方便對池中的線程進(jìn)行控制。
- 操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)，也是大的單例模式實(shí)現(xiàn)的具體例子，一個(gè)操作系統(tǒng)只能有一個(gè)文件系統(tǒng)。
- 單例模式常常與工廠模式結(jié)合使用，因?yàn)楣S只需要?jiǎng)?chuàng)建產(chǎn)品實(shí)例就可以了，在多線程的環(huán)境下也不會(huì)造成任何的沖突，因此只需要一個(gè)工廠實(shí)例就可以了。
#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<mutex>
using namespace std;
/*
———————————— C語言下的單例模式 —————————————————
最簡單的就是定義一個(gè)全局變量，這個(gè)全局變量在全局唯一代表一種東西
或者將所有的全局變量集中放在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中并且全局只有一個(gè)結(jié)構(gòu)體對象globals
*/
struct C_singleton_globals
{
int loop_flag; //可以是程序中控制某個(gè)while死循環(huán)的終止條件
char config_log_path; //可以是統(tǒng)一存放日志信息的位置
};
//全局唯一的結(jié)構(gòu)體對象指針
typedef struct C_singleton_globals* C_singleton_globals_t;
C_singleton_globals_t globals_t = NULL;
//若要放到堆內(nèi)存中，可以寫一個(gè)初始化函數(shù)分配內(nèi)存
C_singleton_globals_t init_gobals_t()
{
//如果還沒有被初始化過，那就分配內(nèi)存
if (NULL == globals_t)
{
globals_t = (struct C_singleton_globals *)malloc(sizeof(struct C_singleton_globals));
printf("為全局變量分配內(nèi)存成功 ！\n");
}
else
{
printf("為全局變量分配內(nèi)存失敗，之前已分配過 ！\n");
}
return globals_t;
}
/*
——————————————————C++實(shí)現(xiàn)單例模式—————————————
1、將構(gòu)造函數(shù)設(shè)計(jì)成private，使得不能隨便產(chǎn)生新的對象
2、將唯一的實(shí)例對象設(shè)計(jì)成private下的static成員變量，static的作用是使得
//成員變成類擁有的，而不是某個(gè)實(shí)例對象擁有的
3、設(shè)計(jì)一個(gè)public的getInstance()方法，先檢查是否實(shí)例過，
//若沒有再分配內(nèi)存實(shí)例出來一個(gè)對象
*/
//1、只適合在單線程環(huán)境下使用的代碼，若是多線程，
//也可能剛好出現(xiàn)同時(shí)調(diào)用getInstance()函數(shù)，而導(dǎo)致產(chǎn)生多個(gè)實(shí)例
class singleton1
{
private:
//私有構(gòu)造函數(shù)，只能從類的成員函數(shù)來訪問，不能從外部訪問
singleton1(){ }
//為了避免值復(fù)制時(shí)產(chǎn)生新的對象副本，除了將構(gòu)造函數(shù)置為私有外，復(fù)制構(gòu)造函數(shù)也要特別聲明并置為私有。
singleton1(const singleton1 &);
//私有靜態(tài)成員變量的聲明
static singleton1 *pInstance1;
public:
static singleton1 * getInstance()
{
if (NULL == pInstance1)
{
pInstance1 = new singleton1();
cout << "成功實(shí)例化pSingle1" << endl;
}
else
{
cout << "實(shí)例化pSingle1失敗，已存在" << endl;
}
return pInstance1;
}
};
//類的靜態(tài)成員的定義（所以還需要指定類型）和賦值（類中只是聲明），放在類的外部
//這句代碼如果放到main函數(shù)中肯定會(huì)報(bào)錯(cuò)，要放在main外部
singleton1 * singleton1::pInstance1 = NULL;
//2、適合在多線程環(huán)境下使用的代碼，增加線程互斥鎖
class singleton2
{
private:
//私有構(gòu)造函數(shù)，只能從類的成員函數(shù)來訪問，不能從外部訪問
singleton2(){ }
//為了避免值復(fù)制時(shí)產(chǎn)生新的對象副本，除了將構(gòu)造函數(shù)置為私有外，
//復(fù)制構(gòu)造函數(shù)也要特別聲明并置為私有。
singleton2(const singleton2 &);
//私有靜態(tài)成員變量的聲明
static singleton2 *pInstance2;
//獨(dú)占式互斥量，一段時(shí)間內(nèi)僅一個(gè)線程可以訪問
static mutex mtx; //設(shè)為static是為了給下面的static函數(shù)訪問，則要在類定義后面初始化
public:
static singleton2 * getInstance()
{
//增加這個(gè)判斷（著名的DCL技法，即Double Check Lock雙重鎖定），
//可以不需要每次獲取同一實(shí)例都先加鎖再解鎖，浪費(fèi)資源
if (NULL == pInstance2)
{
mtx.lock(); //互斥加鎖
if (NULL == pInstance2)
{
pInstance2 = new singleton2();
cout << "成功實(shí)例化pSingle2" << endl;
}
mtx.unlock(); //互斥解鎖
}
else
{
cout << "實(shí)例化pSingle2失敗，已存在" << endl;
}
return pInstance2;
}
};
//類的靜態(tài)成員的定義（所以還需要指定類型）和賦值（類中只是聲明），放在類的外部
//這句代碼如果放到main函數(shù)中肯定會(huì)報(bào)錯(cuò)，要放在main外部
singleton2 * singleton2::pInstance2 = NULL;
mutex singleton2::mtx; //全局變量
//3、懶漢模式最佳實(shí)現(xiàn)代碼，適用于多線程，無需加鎖
class singleton3
{
private:
//私有構(gòu)造函數(shù)，只能從類的成員函數(shù)來訪問，不能從外部訪問
singleton3(){ }
//為了避免值復(fù)制時(shí)產(chǎn)生新的對象副本，除了將構(gòu)造函數(shù)置為私有外，
//復(fù)制構(gòu)造函數(shù)也要特別聲明并置為私有。
singleton3(const singleton3 &);
public:
static singleton3 * getInstance()
{
//C++11規(guī)定，在一個(gè)線程開始local static 對象的初始化后完成初始化前，
//其他線程執(zhí)行到這個(gè)local static對象的初始化語句就會(huì)等待，
//直到該local static 對象初始化完成。所以C++11標(biāo)準(zhǔn)下local static對象初始化在多線程條件下安全
static singleton3 instance3;
return &instance3;
}
};
//以上都是懶漢單例模式，能拖多久就拖多久，即只有在第一次調(diào)用getInstance函數(shù)后才有實(shí)例產(chǎn)生。用時(shí)間換取空間—
//——————下面是餓漢單例模式，即程序一運(yùn)行就立即產(chǎn)生實(shí)例，不管后面啥時(shí)候要用，甚至不用。用空間換取時(shí)間————
class singleton4
{
private:
//私有構(gòu)造函數(shù)
singleton4(){ }
//為了避免值復(fù)制時(shí)產(chǎn)生新的對象副本，除了將構(gòu)造函數(shù)置為私有外，復(fù)制構(gòu)造函數(shù)也要特別聲明并置為私有。
singleton4(const singleton4 &);
//私有靜態(tài)指針聲明
static singleton4 *pInstance4;
public:
static singleton4 * getInstance()
{
return pInstance4;
}
};
//直接在給靜態(tài)成員定義時(shí)，創(chuàng)建實(shí)例
//為何這里又可以直接調(diào)用私有構(gòu)造函數(shù)呢？因?yàn)檫@里是全局環(huán)境，不屬于任何函數(shù)內(nèi)部調(diào)用（如main函數(shù)）
singleton4 * singleton4::pInstance4 = new singleton4();
//測試代碼
int main()
{
C_singleton_globals_t p_g1 = init_gobals_t();
C_singleton_globals_t p_g2 = init_gobals_t();
singleton1 *ps1_1 = singleton1::getInstance();
singleton1 *ps1_2 = singleton1::getInstance();
//singleton1 s1_3; //這句相當(dāng)于調(diào)用singleton1()構(gòu)造函數(shù)，只是開辟的棧內(nèi)存，也不能外部調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
//singleton1 *ps1_3 = new singleton1(); //構(gòu)造函數(shù)私有，不能在外部調(diào)用
//singleton1 ps1_3(*ps1_2); //拷貝賦值操作創(chuàng)建實(shí)例副本，該構(gòu)造函數(shù)也設(shè)為私有，也不能外部調(diào)用
//singleton1 ps1_4 = *ps1_2; //同上
singleton2 *ps2_1 = singleton2::getInstance();
singleton2 *ps2_2 = singleton2::getInstance();
singleton3 *ps3_1 = singleton3::getInstance();
singleton3 *ps3_2 = singleton3::getInstance();
cout << "最經(jīng)典懶漢模式返回函數(shù)局部靜態(tài)實(shí)例指針，實(shí)例地址：" << ps3_1 << endl;
cout << "最經(jīng)典懶漢模式返回函數(shù)局部靜態(tài)實(shí)例指針，實(shí)例地址：" << ps3_2 << endl;
singleton4 *ps4_1 = singleton4::getInstance();
singleton4 *ps4_2 = singleton4::getInstance();
cout << "最經(jīng)典惡漢模式返回類全局靜態(tài)實(shí)例指針，實(shí)例地址：" << ps4_1 << endl;
cout << "最經(jīng)典惡漢模式返回類全局靜態(tài)實(shí)例指針，實(shí)例地址：" << ps4_2 << endl;
}
如果要設(shè)定只能創(chuàng)建5個(gè)實(shí)例，怎么做？比如限制某個(gè)窗口應(yīng)用程序只能最多開5個(gè)窗口
//0、只適合于懶漢模式，在需要的時(shí)候再創(chuàng)建實(shí)例
//1、增加一個(gè)類的私有靜態(tài)成員變量static int instanceCount和一個(gè)靜態(tài)對象指針數(shù)組
//2、在getInstance()函數(shù)中判斷instanceCount>=5，如果沒有的話則new創(chuàng)建實(shí)例，并且instanceCount++，然后返回實(shí)例指針
//3、如果判斷的實(shí)例已經(jīng)超過了5個(gè)，則返回空指針或者返回靜態(tài)對象指針數(shù)組中的一個(gè)對象指針如果要增加析構(gòu)函數(shù)，釋放類實(shí)例并關(guān)閉打開的其他資源文件怎么辦？
//1、增加私有的析構(gòu)函數(shù)，并在析構(gòu)函數(shù)里寫上關(guān)閉資源文件的語句
//2、增加public的deleteInstance()函數(shù)，里面只寫兩句：delete pInstence; pInstance = NULL; 即將唯一new的實(shí)例釋放，
//則會(huì)先自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)關(guān)閉其他資源，然后才釋放開辟的內(nèi)存
