Qt：懒汉单例(附带单例使用和内存管理)

news2024/9/20 3:30:53

前言

本文主要写懒汉单例以及单例的释放，网上很多教程只有单例的创建，但是并没有告诉我们单例的内存管理，这就很头疼。

正文

以下是两种懒汉单例的写法

1. 懒汉式单例（多线程不安全，但是在单线程里面是安全的）

创建
// Singleton.h
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H

#include <QWidget>

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Singleton; }
QT_END_NAMESPACE

class Singleton : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    static Singleton* getInstance();
private:
    // 私有化构造函数，防止外部创建实例
    Singleton(QWidget *parent = nullptr);

   // 禁止拷贝构造和赋值操作
   Singleton(const Singleton&) = delete;
   Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
    ~Singleton();

private:
    Ui::Singleton *ui;
    // 创建静态指针变量
    static Singleton* instance;
};
#endif // SINGLETON_H


// Singleton.cpp
#include "singleton.h"
#include "ui_singleton.h"
#include "qdebug.h"
// 静态变量需要在类外进行初始化
Singleton* Singleton::instance = nullptr;

Singleton *Singleton::getInstance()
{
    if (instance == nullptr) {
        // 使用构造函数
        instance = new Singleton();
    }
    return instance;
}

Singleton::Singleton(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Singleton)
{
    ui->setupUi(this);

}

Singleton::~Singleton()
{
    qDebug()<<"单例安全销毁";
    delete ui;
}

解释：

  • 懒汉式在第一次调用时创建实例，延迟初始化。但未加锁，在多线程环境下不安全。

使用

//UseSingleton.h
#ifndef USESINGLETON_H
#define USESINGLETON_H

#include <QWidget>

namespace Ui {
class UseSingleton;
}

class UseSingleton : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit UseSingleton(QWidget *parent = nullptr);
    ~UseSingleton();

private slots:
	// 这里我在UseSingleton.ui中添加了一个按钮，用于创建单例
    void on_pushButton_clicked();

private:
    Ui::UseSingleton *ui;
};

#endif // USESINGLETON_H


//UseSingleton.cpp
#include "usesingleton.h"
#include "ui_usesingleton.h"
#include "singleton.h"
UseSingleton::UseSingleton(QWidget *parent) :
    QWidget(parent),
    ui(new Ui::UseSingleton)
{
    ui->setupUi(this);
}

UseSingleton::~UseSingleton()
{
    delete ui;
}

void UseSingleton::on_pushButton_clicked()
{
	// 创建单例，但是这里是局部变量，只能在这里使用，也可以将创建一个单例类的成员对象
    Singleton* instance = Singleton::getInstance();
    instance->show();
}
内存管理

此处的单例类是作为局部变量来创建的，在更安全的懒汉中我将单例类作为成员变量来创建来展示内存管理。

  • 1.当单例是一个窗口类时，我们可以重写closeEvent来管理内存，即使得窗口关闭时，销毁单例，代码如下
// 在Singleton类中添加如下代码
void Singleton::closeEvent(QCloseEvent *)
{
    // 销毁对象
    instance->deleteLater();
    // 指针置空非常重要
    instance = nullptr;
}
程序运行结果

当我通过按钮重复创建对象后，并且关闭单例窗口类时，单例能安全销毁。
在这里插入图片描述

  • 1.1当单例是窗口类时，我们也可以通过，设置Qt::WA_DeleteOnClose属性来管理内存，代码如下：
// 在Singleton构造函数中添加
Singleton::Singleton(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Singleton)
{
    ui->setupUi(this);
    // 添加
    this->setAttribute(Qt::WA_DeleteOnClose,true);

}
// 在析构函数中添加
Singleton::~Singleton()
{
    qDebug()<<"单例安全销毁";
    // 添加置空，置空非常重要
    instance = nullptr;
    delete ui;
}
程序运行结果

当我通过按钮重复创建对象后，并且关闭单例窗口类时，单例能安全销毁。
在这里插入图片描述

注意：当你按照我以上的方法管理内存时，你就不要更改我的单例，不要在栈上创建单例，否则delete栈上的空间程序直接崩溃不要来找我。

  • 1.2自己管理内存。
    这个你参考下面单例是非窗口类中的自己管理内存吧，都一样.
    这里说明下，为什么每次销毁完对象要指针置空，因为我们存储对象的指针是静态的，所以初始化的时候只会初始化一次，要是你的单例是主程序还好，像上面我的类中单例类并不是主程序，使用单例类的类才是主程序，所以当我将单例对象销毁后(此时主程序并没有结束)，再次创建单例对象的时候，程序就会崩溃，因为我的指针并不是空的，它就不会执行new那一部分，而是直接返回一个空的内容，所以程序会崩溃。感兴趣的朋友可以自己尝试下，或者我们私下交流下。
  • 2 当单例类不是窗口类的时候，我们可以自己管理内存，具体实现是自己写一个销毁单例的函数，如下
// 新建一个没有窗口的类
// SingletonNoUi.h
#ifndef SINGLETONNOUI_H
#define SINGLETONNOUI_H

#include <QObject>

class SingleTonNoUi : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    static SingleTonNoUi* getInstance();
    // 销毁单例
    static void destoryInstance();
private:
    explicit SingleTonNoUi(QObject *parent = nullptr);
    // 禁止拷贝构造和赋值操作
    SingleTonNoUi(const SingleTonNoUi&) = delete;
    SingleTonNoUi& operator=(const SingleTonNoUi&) = delete;
	 ~SingleTonNoUi();
signals:

private:
    // 创建静态指针变量
    static SingletonNoUi* instance;
};

#endif // SINGLETONNOUI_H



// SingletonNoUi.cpp
#include "singletonnoui.h"
#include "qdebug.h"
// 初始化静态变量
SingleTonNoUi*SingleTonNoUi::instance = nullptr;

SingleTonNoUi *SingleTonNoUi::getInstance()
{
    if (instance == nullptr) {
        instance = new SingleTonNoUi();
    }
    return instance;
}
void SingleTonNoUi::destoryInstance()
{
    if (instance) {
        instance->deleteLater();
        // 指针置空非常重要
        instance = nullptr;
    }
}
SingleTonNoUi::~SingleTonNoUi()
{
    qDebug()<<"非窗口单例类安全销毁";
}

SingleTonNoUi::SingleTonNoUi(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    qDebug()<<"非窗口单例创建成功";
}

//在UseSingleton中再添加一个按钮，转到槽；在槽函数中添加
void UseSingleton::on_pushButton_2_clicked()
{
    SingleTonNoUi* instance = SingleTonNoUi::getInstance();
    /*
        其它处理逻辑
    */
    instance->destoryInstance();
}
程序运行结果

刚创建会被直接销毁
在这里插入图片描述

  • 2.1使用智能指针来管理内存，但是这种方法需要对原先的单例做出一些改变，代码如下
// SingletonNoUi.h
#ifndef SINGLETONNOUI_H
#define SINGLETONNOUI_H

#include <QObject>
#include <QScopedPointer>

class SingleTonNoUi : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    static SingleTonNoUi* getInstance();
    // 需要将析构函数声明为public,要不然智能指针管理不了
    ~SingleTonNoUi();
private:
    explicit SingleTonNoUi(QObject *parent = nullptr);
    // 禁止拷贝构造和赋值操作
    SingleTonNoUi(const SingleTonNoUi&) = delete;
    SingleTonNoUi& operator=(const SingleTonNoUi&) = delete;

signals:

private:
    // 创建静态指针变量
    static QScopedPointer<SingleTonNoUi> instance;
};

#endif // SINGLETONNOUI_H



// SingletonNoUi.cpp
#include "singletonnoui.h"
#include "qdebug.h"
// 初始化静态成员变量，此处不能赋予nullptr
QScopedPointer<SingleTonNoUi> SingleTonNoUi::instance;

SingleTonNoUi *SingleTonNoUi::getInstance()
{
    if(instance.isNull()) {
        instance.reset(new SingleTonNoUi());
    }
    return instance.data();
}

SingleTonNoUi::~SingleTonNoUi()
{
    qDebug()<<"非窗口单例类安全销毁";
}

SingleTonNoUi::SingleTonNoUi(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    qDebug()<<"非窗口单例创建成功";
}
//注意去掉UseSingleton类的槽函数的destoryInstace,即
void UseSingleton::on_pushButton_2_clicked()
{
    SingleTonNoUi* instance = SingleTonNoUi::getInstance();
    /*
        其它处理逻辑
    */
}
程序运行结果

点击创建按钮后，输出框显示非窗口单例创建成功；当我再次点击创建按钮时，没有任何变化(只要想想就会理解，因为此时我的单例类又没有被销毁，单例只能存在一个，第二个单例自然就不可能创建了)，关闭主窗口，被正常销毁。
在这里插入图片描述

2. 懒汉式单例（线程安全）

// 还是和上面一样的类，只更改getInstance中的内容就行了
// Singleton.cpp中
#include <QMutex>

static Singleton* getInstance() {
        // 添加锁机制确保线程安全
        static QMutex mutex;
        if (instance == nullptr) {
        	// 加锁，确保多线程环境下的安全性，使用locker()不用显示的解锁
            QMutexLocker locker(&mutex);
            // 双重检查，防止多次创建
            if (instance == nullptr) {    
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
}

解释：

  • 线程安全的懒汉式单例通过 QMutex 加锁，确保在多线程环境中实例只被创建一次。

使用

这里是单例类作为成员变量时的内存管理，所以要在UseSingleton中添加Singleton 和SingletonNoUi这两个类的成员变量，如下

#ifndef USESINGLETON_H
#define USESINGLETON_H

#include <QWidget>
#include "singleton.h"
#include "singletonnoui.h"
namespace Ui {
class UseSingleton;
}

class UseSingleton : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit UseSingleton(QWidget *parent = nullptr);
    ~UseSingleton();

private slots:
    void on_pushButton_clicked();

    void on_pushButton_2_clicked();

private:
    Ui::UseSingleton *ui;
    // 添加两个类的成员变量
    Singleton* instance;
    SingleTonNoUi* instanceNoUi;
};

#endif // USESINGLETON_H

内存管理

当单例类是窗口类时：
其实和上面的单例对象作为局部变量一样。

当单例类是非窗口类时：

其实和上面的单例对象作为局部变量一样。

为什么不适用Qt中的父子机制来管理单例内存？

在Qt中，单例模式一般不使用父子机制来管理内存。因为单例模式的设计目的是保证在整个程序运行期间，某个类只有一个实例，并且它的生命周期通常贯穿整个应用程序。而Qt的父子（如QObject的父子关系）主要用于管理对象的生命周期，当父对象被销毁时，子对象也被自动销毁。单例对象的生命周期通常不与父对象绑定，所以父子机制不太适合管理单例的生命周期

小结

如有错误请指正。

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