设计模式六大原则和单例模式

news2025/2/7 5:19:26

设计模式

目的

实现可重用解决方案，构筑易维护、可扩展的软件系统。

六大原则

单一职责： 类的职责单一，一个方法做一件事。

开闭原则： 拓展开放，修改关闭。

里氏替换： 父类能出现的地方，子类可以替换。子类必须全部实现父类方法，尽量不暴露自己public方法供外界使用。覆盖或实现父类方法时，输入参数可以多。

依赖倒置： 模块之间的依赖通过抽象发生，具体类之间不依赖。每个类尽量有抽象类，任何类不应该从具体类派生，尽量不重写基类方法。

迪米特法则： 尽量减少对象间交互，从而减少类间耦合。

接口隔离原则： 类间的依赖关系建立在最小的接口上。

抽象构建框架，实现拓展细节。

单例模式

一个类只有一个对象，及系统中只有一个实例，实例被所有程序模块共享。

例如服务器配置信息放在一个文件中，配置数据由单例对象统一读取，服务进程的其他对象通过单例对象获取配置信息。

实现

有饿汉模式和懒汉模式两种实现模式。

饿汉模式

程序启动就创建唯一实例对象。

多线程获取单例对象不需要加锁。

#include <iostream>
#include <string>

class Singleton {
private:
    // 私有构造函数，防止外部创建实例
    Singleton() : data("Singleton") {
        std::cout << "Singleton instance created!" << std::endl;
    }

    // 私有析构函数，防止外部删除实例
    ~Singleton() {}

    // 删除拷贝构造函数和赋值运算符
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

    // 静态成员变量，类加载时初始化
    static Singleton instance;

    // 成员变量
    std::string data;

public:
    // 获取单例对象的静态方法
    static Singleton& getInstance() {
        return instance;
    }

    // 获取成员变量的方法
    std::string& getData() {
        return data;
    }
};

// 在类外初始化静态成员变量
Singleton Singleton::instance;

int main() {
    // 获取单例对象
    Singleton& singleton = Singleton::getInstance();

    // 访问单例对象的成员变量
    std::cout << "Data: " << singleton.getData() << std::endl;

    // 再次获取单例对象，验证是否为同一个实例
    Singleton& singleton2 = Singleton::getInstance();
    if (&singleton == &singleton2) {
        std::cout << "Both references point to the same instance!" << std::endl;
    }

    return 0;
}

懒汉模式

如果单例对象构造特别耗时或者耗资（加载插件、网络），可在第一次使用时才创建对象。

C++11 之后，局部静态变量的初始化是线程安全的，因此可以直接使用局部静态变量实现懒汉模式。

#include <iostream>
#include <string>

class Singleton {
private:
    // 私有构造函数，防止外部创建实例
    Singleton() : data("Singleton") {
        std::cout << "Singleton instance created!" << std::endl;
    }

    // 私有析构函数，防止外部删除实例
    ~Singleton() {}

    // 删除拷贝构造函数和赋值运算符
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

    // 成员变量
    std::string data;

public:
    // 获取单例对象的静态方法
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;  // 局部静态变量，线程安全
        return instance;
    }

    // 获取成员变量的方法
    std::string& getData() {
        return data;
    }
};

int main() {
    // 获取单例对象
    Singleton& singleton = Singleton::getInstance();

    // 访问单例对象的成员变量
    std::cout << "Data: " << singleton.getData() << std::endl;

    // 再次获取单例对象，验证是否为同一个实例
    Singleton& singleton2 = Singleton::getInstance();
    if (&singleton == &singleton2) {
        std::cout << "Both references point to the same instance!" << std::endl;
    }

    return 0;
}