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

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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

C++ Code

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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：

C++ Code

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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：

C++ Code

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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。

C++ Code

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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(); } ~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。

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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