static 与单例模式、auto_ptr与单例模式、const 用法小结、mutable修饰符

2022-09-16 21:46:37

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

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#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：

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#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：

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#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。

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#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();
    }

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。

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#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

码农公寓

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