从零开始学C++之对象的使用(三):static 与单例模式、auto_ptr与单例模式、const 用法小结、mutable修饰符

一、static 与单例模式

单例模式也就是简单的一种设计模式,它需要:

保证一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点 禁止拷贝

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
public:
    static Singleton *GetInstance()
    {
        if (instance_ == NULL)
        {
            instance_ = new Singleton;
        }
        return instance_;
    }

    ~Singleton()
    {
        cout << "~Singleton ..." << endl;
    }
private:
    Singleton(const Singleton &other);
    Singleton &operator=(const Singleton &other);
    Singleton()
    {
        cout << "Singleton ..." << endl;
    }
    static Singleton *instance_;
};

Singleton *Singleton::instance_;

int main(void)
{
    //Singleton s1;
    //Singleton s2;

    Singleton *s1 = Singleton::GetInstance();
    Singleton *s2 = Singleton::GetInstance();

    //Singleton s3(*s1);        // 调用拷贝构造函数

    return 0;
}

上述程序虽然调用了两个GetInstance函数,但只调用一次构造函数,即创建一个对象。将赋值运算符和拷贝构造函数声明为私有,禁止拷贝。但程序存在一个问题就是对象生存期到时不会被析构。

为了解决对象不会被析构的问题,可以使用一个静态的嵌套类对象来解决:

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
public:
    static Singleton *GetInstance()
    {
        if (instance_ == NULL)
        {
            instance_ = new Singleton;
        }
        return instance_;
    }

    ~Singleton()
    {
        cout << "~Singleton ..." << endl;
    }

    //static void Free()
    //{
    //  if (instance_ != NULL)
    //  {
    //      delete instance_;
    //  }
    //}

    class Garbo
    {
    public:
        ~Garbo()
        {
            if (Singleton::instance_ != NULL)
            {
                delete instance_;
            }
        }
    };
private:
    Singleton(const Singleton &other);
    Singleton &operator=(const Singleton &other);
    Singleton()
    {
        cout << "Singleton ..." << endl;
    }
    static Singleton *instance_;

    static Garbo garbo_;    // 利用对象的确定性析构
};

Singleton::Garbo Singleton::garbo_;
Singleton *Singleton::instance_;

int main(void)
{
    //Singleton s1;
    //Singleton s2;

    Singleton *s1 = Singleton::GetInstance();
    Singleton *s2 = Singleton::GetInstance();

    //Singleton s3(*s1);        // 调用拷贝构造函数


    return 0;
}

利用静态嵌套对象的确定性析构会调用Garbo类的析构函数,在析构函数内delete 单例类的指针。

上面办法比较繁琐,也可以返回局部静态对象的引用来解决:

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
public:
    static Singleton &GetInstance()
    {
        static Singleton instance;      // 局部静态对象
        return instance;
    }

    ~Singleton()
    {
        cout << "~Singleton ..." << endl;
    }

private:
    Singleton(const Singleton &other);
    Singleton &operator=(const Singleton &other);
    Singleton()
    {
        cout << "Singleton ..." << endl;
    }
};

int main(void)
{
    Singleton &s1 = Singleton::GetInstance();
    Singleton &s2 = Singleton::GetInstance();



    return 0;
}

局部静态对象只会初始化一次,所以调用多次GetInstance函数得到的是同一个对象。由于函数内使用了静态对象,故不是线程安全的。实际上也可以使用auto_ptr 智能指针 来解决,程序如下,更详细的对auto_ptr 的讨论参见这里

#include <iostream>
#include<memory>
using namespace std;

class Singleton
{
public:
    static Singleton *GetInstance()
    {
        if (instance_.get() == NULL)
        {
            instance_ = auto_ptr<Singleton>(new Singleton);
        }
        return instance_.get();
    }

    ~Singleton()
    {
        cout << "~Singleton ..." << endl;
    }
private:
    Singleton(const Singleton &other);
    Singleton &operator=(const Singleton &other);
    Singleton()
    {
        cout << "Singleton ..." << endl;
    }
    static auto_ptr<Singleton> instance_;
};

auto_ptr<Singleton> Singleton::instance_;

int main(void)
{
    //Singleton s1;
    //Singleton s2;

    Singleton *s1 = Singleton::GetInstance();
    Singleton *s2 = Singleton::GetInstance();

    //Singleton s3(*s1);        // 调用拷贝构造函数

    return 0;
}

实际上,上述所有的单例模式例子都不是线程安全的,设想如果两个线程同时运行到语句if (instance == null),而此时该实例的确没有创建,那么两个线程都会创建一个实例。如果不希望加锁实现线程安全,可以使用饿汉模式(即在main函数之前先生成一个实例):

或者通过加锁方式实现,请参考这里

二、const成员函数、const 对象、mutable修饰符

(一)、const 成员函数

const成员函数不会修改对象的状态 const成员函数只能访问数据成员的值,而不能修改它

(二)、const 对象

如果把一个对象指定为const,就是告诉编译器不要修改它 const对象的定义:

const 类名 对象名(参数表);

const对象不能调用非const成员函数

用mutable修饰的数据成员即使在const对象或在const成员函数中都可以被修改。

#include <iostream>
using namespace std;

class Test
{
public:
    Test(int x) : x_(x), outputTimes_(0)
    {

    }
    int GetX() const
    {
        cout << "const GetX ..." << endl;
        //x_ = 100;
        return x_;
    }

    int GetX()
    {
        cout << "GetX ..." << endl;
        return x_;
    }

    void Output() const
    {
        cout << "x=" << x_ << endl;
        outputTimes_++;
    }

    int GetOutputTimes() const
    {
        return outputTimes_;
    }
private:
    int x_;

    mutable int outputTimes_;
};

int main(void)
{
    const Test t(10);
    t.GetX();

    Test t2(20);
    t2.GetX();

    t.Output();
    t.Output();
    cout << t.GetOutputTimes() << endl;
    return 0;
}

三、const 用法总结

可以对const 的用法做个小总结:

参考:

C++ primer 第四版 Effective C++ 3rd C++编程规范

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