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

转载自http://blog.csdn.net/jnu_simba/article/details/9282235