45. Singleton类的C++/C#实现

题目:设计一个类,我们只能生成该类的一个实例。

单例模式的意图是保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例可、以被创建(通过截取创建新对象的请求),并且它可以提供一个访问该实例的方法。这就是Singleton模式。

应用场景包括常见的任务管理器、回收站、程序的日志应用、数据库的连接池、操作系统的文件系统、多线程的线程池等等。总体来说单件模式主要用在资源共享的情况下,避免由于各种资源操作导致的性能损耗和资源控制的情况下互相通信,比如线程池。

由于设计模式在面向对象程序设计中起着举足轻重的作用,在面试过程中很多公司都喜欢问一些与设计模式相关的问题。在常用的模式中,Singleton是唯一一个能够用短短几十行代码完整实现的模式。因此,写一个Singleton的类型是一个很常见的面试题。

(1)不好的解法一:只适用于单线程环境

由于要求只能生成一个实例,因此要把构造函数设为私有函数以禁止他人创建实例。我们可以定义一个静态的实例,在需要的时候创建该实例。


public sealed class Singleton1
{
private Singleton1()
{
}

private static Singleton1 instance = null;
public static Singleton1 Instance
{
get
{
if (instance == null)
instance = new Singleton1();

return instance;
}
}
}

(2)不好的解法二:能适应多线程,但效率低

上述Singleton在单线程下能正常工作,但在多线程的情况下就有问题。为了保证在多线程环境下使用,我们需要加上一个同步锁。


public sealed class Singleton2
{
private Singleton2()
{
}

private static readonly object syncObj = new object();

private static Singleton2 instance = null;
public static Singleton2 Instance
{
get
{
lock (syncObj)
{
if (instance == null)
instance = new Singleton2();
}

return instance;
}
}
}

上述代码保证了在多线程环境下也只能得到一个实例。但是,Singleton2还不是很完美,每次通过属性Instance得到的Singleton2的实例,都会试图加上一个同步锁,这是一个耗时的操作。

(3)可行的解法:加上同步锁前面两次判断实例是否存在(Dobule-Check)


public sealed class Singleton3
{
private Singleton3()
{
}

private static object syncObj = new object();

private static Singleton3 instance = null;
public static Singleton3 Instance
{
get
{
if (instance == null)
{
lock (syncObj)
{
if (instance == null)
instance = new Singleton3();
}
}

return instance;
}
}
}

(4)强烈推荐的解法一:利用静态构造函数

C#的语法中有一个函数能够确保只用一次,那就是静态构造函数,我们可以利用这个特性实现Singleton模式。


public sealed class Singleton4
{
private Singleton4 ()
{
}

private static Singleton4 instance = new Singleton4 ();
public static Singleton4 Instance
{
get
{
return instance;
}
}
}

C#是在调用静态构造函数时初始化静态变量,这样我们就保证只初始化一次instance。但C#中调用静态构造函数是不确定的,而是当.Net运行时发现第一次使用一个类型的时候自动调用该类型的静态构造函数,即第一次用到Singleton4的时候,就会过早地创建实例,降低内存使用效率。

(5)强烈推荐的解法二:实现按需创建实例

Singleton5很好地解决了Singleton4中的实例创建过早的问题。


public sealed class Singleton5
{

private Singleton5()
{
}

public static Singleton5 Instance
{
get
{

return Nested.instance;
}
}

// nested class
private class Nested
{
static Nested()
{
}

internal static readonly Singleton5 instance = new Singleton5();
}
}

在内存定义一个私有类型,嵌套类,当第一次用到这个嵌套类型的时候,就会调用静态构造函数创建singleton5的实例instance。类型nested只在属性singleton5.instance中用到,由于其私有属性他人无法使用nested类型。因此当我们第一次试图通过属性singleton5.instance得到singleton5的实例时,会自动调用nested的静态构造函数创建实例instance。如果我们不调用属性singleton5.instance,那么就不会触发.NET运行时调用nested,也不会创建实例,这样就真正做到了按需创建。

参考:

http://zhedahht.blog.163.com/blog/static/2541117420105146828433/

http://www.cppblog.com/dyj057/archive/2005/09/20/346.html

http://www.cnblogs.com/cxjchen/p/3148582.html

http://www.cnblogs.com/panweishadow/archive/2014/04/13.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Double-checked_locking

时间: 2024-10-09 13:08:54

45. Singleton类的C++/C#实现的相关文章

Java复习-singleton类

大部分的时候都把类的构造器定义为public访问权限,允许任何类自由创建该类的对象,但其他某些时候这样会降低系统的性能,比如回收对象带来的开销,为了避免其他类自由的创建该类,我们可以把类的构造器设置为私有属性,一旦把类的构造器定义为私有属性,必须提供一个公共的方法,且为static修饰,因为调用该方法的时候还不存在对象,因此调用该方法的不会是对象,只能是类,除此之外,还必须缓存已经创建的对象,否则该类无法知道之前是不是创建了对象,也就无法保证之创建了一个对象,为此该类需要使用一个成员对象来保存曾

C++面试中的singleton类

引子 “请写一个Singleton.”面试官微笑着和我说. “这可真简单.”我心里想着,并在白板上写下了下面的Singleton实现: 1 class Singleton 2 { 3 public: 4 static Singleton& Instance() 5 { 6 static Singleton singleton; 7 return singleton; 8 } 9 10 private: 11 Singleton() { }; 12 }; “那请你讲解一下该实现的各组成.”面试官的

4-5验证码类封装

1.Captcha.php 1 <?php 2 /** 3 * Captcha.php 4 5 * description 验证码类 6 */ 7 8 namespace Imooc\Lib; 9 10 require_once 'GDBasic.php'; 11 12 class Captcha extends GDBasic 13 { 14 //图像宽度 15 protected $_width = 60; 16 //图像高度 17 protected $_height = 25; 18 1

c++11 singleton 类模板实现

使用单利从来没有如此容易和省心过,支持二段式构造,直接贴代码 #ifndef _SINGLETON_H_ #define _SINGLETON_H_ #include "simple_ptr.h" #include <functional> #if defined(_ENABLE_MULTITHREAD) #include <mutex> #endif namespace purelib { namespace gc { /// CLASS TEMPLATE s

C#设计模式:Singleton Pattern 单件(例)模式 -- 创建独一无二的对象

这里写的代码,相当于<Head First 设计模式>的读书笔记,原书是java的,自己在学习的过程中将其翻译为C#: (一)剖析经典的单件模式实现 单件模式 -- 确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点 -- 单件模式的类图可以说是所有模式的类图中最简单的 -- 有一些对象其实我们只需一个,如线程池.缓存.对话框.处理偏好设置和注册表的对象.日志对象和充当打印机.显卡等设备的驱动程序的对象等.如果制造出多个实例,可能导致许多问题,如程序的行为异常.资源使用过度,或者结果不一致等 1.新

剑指offer (2) c++实现singleton模式

转自:http://www.jellythink.com/archives/82 问题描述 现在,不管开发一个多大的系统(至少我现在的部门是这样的),都会带一个日志功能:在实际开发过程中,会专门有一个日志模块,负责写日志,由于在系统的任何地方,我们都有可能要调用日志模块中的函数,进行写日志.那么,如何构造一个日志模块的实例呢?难道,每次new一个日志模块实例,写完日志,再delete,不要告诉我你是这么干的.在C++中,可以构造一个日志模块的全局变量,那么在任何地方就都可以用了,是的,不错.但是

单件模式(Singleton Pattern)(转)

概述 Singleton模式要求一个类有且仅有一个实例,并且提供了一个全局的访问点.这就提出了一个问题:如何绕过常规的构造器,提供一种机制来保证一个类只有一个实例?客户程序在调用某一个类时,它是不会考虑这个类是否只能有一个实例等问题的,所以,这应该是类设计者的责任,而不是类使用者的责任. 从另一个角度来说,Singleton模式其实也是一种职责型模式.因为我们创建了一个对象,这个对象扮演了独一无二的角色,在这个单独的对象实例中,它集中了它所属类的所有权力,同时它也肩负了行使这种权力的职责! 意图

.Net 单例模式(Singleton)

每台计算机可以有若干个打印机,但只能有一个Printer Spooler, 以避免两个打印作业同时输出到打印机中.每台计算机可以有若干传真卡,但是只应该有一个软件负责管理传真卡,以避免出现两份传真作业同时传到传真卡中的情况.每台计算机可以有若干通信端口,系统应当集中管理这些通信端口,以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用. 问题描述: 单例模式 Singleton Pattern 问题解决: (1)单例模式简介: Singleton模式要求一个类有且仅有一个实例,并且提供了一个全局的访问点.这

设计模式--singleton模式

使用单件模式的意图是保证一个类只有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点. 将单件定义为全局或静态对象,然后依赖于自动的初始化,并不能完全实现上述意图.虽然可以提供全局访问点,但这是不够的.原因如下: 1)我们不能保证静态对象只有一个实例会被声明. 2)我们可能没有足够信息在静态初始化时实例化每个单件,单件可能需要在程序运行中稍后被计算出来的值. 3)c++没有定义转换单元上全局对象的构造器的调用顺序.这意味着单件之间不存在依赖关系:如果有,那么错误将是不可避免的. 4)使用全局或静态对象的实现