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单例的简单实现

用简单直观的方式来实现一个单例的类 ConfigUtil,这里不使用宏,模版等技术,先了解实现一个单例类的理论知识,然后在此基础之上进行思考,优化,最终让我们的实现真正的达到实用的目的,而不只是功能上可用,但是质量却很不好。

实现单例时,需要注意以下几点:
  • C++ 的书里经常强调:一个类,至少要提供构造函数拷贝构造函数析构函数赋值运算操作符,尤其是有成员变量是指针类型,保存指针的数组或集合时更是需要注意(实现深拷贝)
  • 要限制创建和删除 ConfigUtil 的对象
    • 构造函数定义为 private 的,是为了防止其他地方使用 new 创建 ConfigUtil 的对象
    • 析构函数定义为 private 的,是为了防止其他地方使用 delete 删除 ConfigUtil 的对象
    • 拷贝构造函数定义为 private 的,是为了防止通过拷贝构造函数创建新的 ConfigUtil 对象
    • 赋值运算操作符定义为 private 的,是为了防止通过赋值操作创建新的 ConfigUtil 对象
  • 通过 ConfigUtil::getInstance() 获取 ConfigUtil 的对象
  • 当程序结束的时候调用 ConfigUtil::release() 删除它的对象,否则会造成内存泄漏。虽然程序结束了,内存会被系统回收,但是理论上还是要保证谁分配的内存谁回收

ConfigUtil.h

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#ifndef CONFIGUTIL_H
#define CONFIGUTIL_H
#include <QMutex>
#include <QString>
class ConfigUtil {
public:
// 这个函数和单例的实现无关,是 ConfigUtil 的功能函数
QString getDatabaseName() const;
/**
* @brief 获取 ConfigUtil 的唯一对象
* @return ConfigUtil 的对象
*/
static ConfigUtil& getInstance();
/**
* @brief 删除 ConfigUtil 的唯一对象
*/
static void release();
private:
ConfigUtil(); // 构造函数
~ConfigUtil(); // 析构函数
ConfigUtil(const ConfigUtil &other); // 拷贝构造函数
ConfigUtil& operator=(const ConfigUtil &other); // 赋值运算操作符
static QMutex mutex;
static ConfigUtil *instance; // ConfigUtil 全局唯一的变量
};
#endif // CONFIGUTIL_H

ConfigUtil.cpp

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#include "ConfigUtil.h"
#include <QDebug>
QMutex ConfigUtil::mutex;
ConfigUtil* ConfigUtil::instance = 0;
ConfigUtil::ConfigUtil() {
qDebug() << "ConfigUtil()";
}
ConfigUtil::~ConfigUtil() {
qDebug() << "~ConfigUtil()";
}
ConfigUtil& ConfigUtil::getInstance() {
if (0 == instance) {
mutex.lock();
if (0 == instance) {
instance = new ConfigUtil();
}
mutex.unlock();
}
return *instance;
}
void ConfigUtil::release() {
if (0 != instance) {
mutex.lock();
delete instance;
instance = 0;
mutex.unlock();
}
}
QString ConfigUtil::getDatabaseName() const {
return "Avatar";
}

为了支持多线程,在 getInstance() 和 release() 里使用 mutex 防止线程同步问题。getInstance() 中用了 2 个 if (0 == instance) 是为了保证只创建 1 个 ConfigUtil 的对象,同时保证效率,也可以像下面这样实现,看上去好像舒服了多了:

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ConfigUtil& ConfigUtil::getInstance() {
mutex.lock();
if (0 == instance) {
instance = new ConfigUtil();
}
mutex.unlock();
return *instance;
}

但是,每次调用 ConfigUtil::getInstance() 的时候都要加锁,效率是很低的,具体的细节不是这里的重点,就不作介绍了,在多线程的章节再作进一步讨论。

main.cpp

main() 函数用于展示 ConfigUtil 的使用。

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#include "ConfigUtil.h"
#include <QDebug>
int main(int argc, char *argv[]) {
Q_UNUSED(argc)
Q_UNUSED(argv)
qDebug() << ConfigUtil::getInstance().getDatabaseName();
qDebug() << ConfigUtil::getInstance().getDatabaseName();
ConfigUtil::release(); // 程序结束时需要手动析构 ConfigUtil 的对象
return 0;
}

输出:

ConfigUtil()
“Avatar”
“Avatar”
~ConfigUtil()

从输出可以看到,只有一个 ConfigUtil 的对象被创建,因为构造函数只执行了一次,main() 函数返回前,需要调用 ConfigUtil::release() 删除 ConfigUtil 的唯一指针对象 instance。

缺点

只有一个单例时还好,夸张一点,如果我们的系统很复杂,需要用到几十,几百个单例的类呢,每一个单例的类都要调用它的 release() 函数来删除对象,是不是不够方便?甚至还有可能会漏掉某些 release() 的调用,这个就不好了。

思考

那么,可不可以不需要我们手动的调用 release() 函数,程序结束前自动的删除单例类的对象呢?