话题二：指针
*与引用&的区别
单例模式
单例模式(Singleton Pattern)是设计模式最简单的形式之一，其目的是使得一个对象成为系统中的唯一实例。
这种设计模式及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一对象的方式，可以直接访问，需要实例化该类的对象。
单例模式的三大要点：
- 单例类有且仅有一个实例
- 单例类必须自行创建自己的唯一实例
- 单例类必须给所有其他对象提供这一实例
实现角度分为三点：
- 提供一个private构造函数(防止外部调用而构造类的实例)
- 提供一个该类的static private对象
- 提供一个static public函数，用于创建获取其本身的静态私有对象(例如：GetInstance())
除此之外还有一些关键点
- 线程安全(双检锁-DCL，即：double-checked locking)
- 资源释放
局部静态变量
这种方式很常见，实现非常简单，而且无需担心单例的销毁问题。
// singleton.h#ifndef SINGLETON_H#define SINGLETON_H// 非真正意义上的单例class Singleton{public: static Singleton& GetInstance() { static Singleton instance; return instance; }private: Singleton() {}};#endif // SINGLETON_H
但是，这并非真正意义上的单例。当使用如下方式访问单例时：
Singleton single = Singleton::GetInstance();
这会出现了一个类拷贝问题，从而违背了单例的特性。产生这个问题原因在于：编译器会生成一个默认的拷贝构造函数，来支持类的拷贝。
为了避免这个问题，有两种解决方式：
- 将 GetInstance() 函数的返回类型修改为指针，而非引用。
- 显式地声明类的拷贝构造函数，并重载赋值运算符。
对于第一种方式，只需要修改 GetInstance() 的返回类型即可：
// singleton.h
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H
// 单例
class Singleton
{
public:
// 修改返回类型为指针类型
static Singleton* GetInstance()
{
static Singleton instance;
return &instance;
}
private:
Singleton() {}
};#endif // SINGLETON_H
既然编译器会生成一个默认的拷贝构造函数，那么，为什么不让编译器不这么干呢？这就产生了第二种方式：
// singleton.h
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H
#include <iostream>
using namespace std;
// 单例
class Singleton
{
public:
static Singleton& GetInstance()
{
static Singleton instance;
return instance;
}
void doSomething()
{
cout << "Do something" << endl;
}
private:
Singleton() {} // 构造函数（被保护）
Singleton(Singleton const &); // 无需实现
Singleton& operator = (const Singleton &); // 无需实现};
#endif // SINGLETON_H
这样以来，既可以保证只存在一个实例，又不用考虑内存回收的问题。
Singleton::GetInstance().doSomething(); // OK
Singleton single = Singleton::GetInstance(); // Error 不能编译通过
懒汉式/饿汉式
在讲解之前，先看看 Singleton 的头文件（懒汉式/饿汉式公用）：
// singleton.h
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H
// 单例 - 懒汉式/饿汉式公用
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance();
private:
Singleton() {} // 构造函数（被保护）
private:
static Singleton *m_pSingleton; // 指向单例对象的指针
};
#endif // SINGLETON_H
懒汉式的特点：
- Lazy 初始化
- 非多线程安全
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁（在“线程安全”部分分享如何加锁）才能保证单例，但加锁会影响效率。
// singleton.cpp
#include "singleton.h"
// 单例 - 懒汉式
Singleton *Singleton::m_pSingleton = NULL;
Singleton *Singleton::GetInstance()
{
if (m_pSingleton == NULL)
m_pSingleton = new Singleton();
return m_pSingleton;
}
饿汉式的特点：
- 非 Lazy 初始化
- 多线程安全
优点：没有加锁，执行效率会提高。缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
// singleton.cpp
#include "singleton.h"
// 单例 - 饿汉式
Singleton *Singleton::m_pSingleton = new Singleton();
Singleton *Singleton::GetInstance()
{
return m_pSingleton;
}
线程安全
在懒汉式下，如果使用多线程，会出现线程安全隐患。为了解决这个问题，我们引入了双检锁 - DCL 机制。
// singleton.h
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H
#include <iostream>
#include <mutex>
using namespace std;
// 单例 - 懒汉式/饿汉式公用
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance();
private:
Singleton() {} // 构造函数（被保护）
private:
static Singleton *m_pSingleton; // 指向单例对象的指针
static mutex m_mutex; // 锁
};
#endif // SINGLETON_H
// singleton.cpp
#include "singleton.h"
// 单例 - 懒汉式（双检锁 DCL 机制）
Singleton *Singleton::m_pSingleton = NULL;
mutex Singleton::m_mutex;
Singleton *Singleton::GetInstance()
{
if (m_pSingleton == NULL) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex); // 自解锁
if (m_pSingleton == NULL) {
m_pSingleton = new Singleton();
}
}
return m_pSingleton;
}
这样，就可以保证线程安全了，但是，会带来较小的性能影响。
资源释放
有内存申请，就要有对应的释放，可以采用下述两种方式：
- 主动释放（手动调用接口来释放资源）
- 自动释放（由程序自己释放）
要手动释放资源，添加一个 static 接口，编写需要释放资源的代码：
// 单例 - 主动释放static void DestoryInstance(){ if (m_pSingleton != NULL) { delete m_pSingleton; m_pSingleton = NULL; }}
然后在需要释放的时候，手动调用该接口：
Singleton::GetInstance()->DestoryInstance();
方式虽然简单，但很多时候，容易忘记调用 destoryInstance()。这时，可以采用更方便的方式：
// singleton.h
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H
#include <iostream>
using namespace std;
// 单例 - 自动释放
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance();
private:
Singleton() {} // 构造函数（被保护）
private:
static Singleton *m_pSingleton; // 指向单例对象的指针
// GC 机制
class GC
{
public:
~GC()
{
// 可以在这里销毁所有的资源，例如：db 连接、文件句柄等
if (m_pSingleton != NULL) {
cout << "Here destroy the m_pSingleton..." << endl;
delete m_pSingleton;
m_pSingleton = NULL;
}
}
static GC gc; // 用于释放单例
};
};
#endif // SINGLETON_H
只需要声明 Singleton::GC 即可：
// main.cpp
#include "singleton.h"
Singleton::GC Singleton::GC::gc; // 重要
int main()
{
Singleton *pSingleton1 = Singleton::GetInstance();
Singleton *pSingleton2 = Singleton::GetInstance();
cout << (pSingleton1 == pSingleton2) << endl;
return 0;
}
在程序运行结束时，系统会调用 Singleton 的静态成员 GC 的析构函数，该析构函数会进行资源的释放。这种方式的最大优点就是在“不知不觉”中进行，所以，对我们来说，尤为省心。
