单例模式C++实现和观察者模式C++实现

news2024/11/25 14:44:12

目录

1、单例模式介绍

2、单例代码实现

2.1  static介绍

2.2 C++中static的三种用法：

（1）静态局部变量

（2）静态成员变量

（3）静态成员函数

3、观察者模式介绍

4、观察者代码实现

1、单例模式介绍

      单例模式是属于设计模式中的创建型模式分类（将对象的创建和使用相互分离）。

      单例模式使用的场景是：在一个进程中，只有一个实例对象。该实例构造函数一般声明为私有类，类外不可访问。通过提供访问实例对象的公共函数来访问该实例对象。

      单例模式优点：保证整个程序中只有一个实例类，既保证了数据的唯一性，又节省了空间。

单例的实现方式有：

（1）懒汉式。              （使用时进行实例化。存在线程安全问题）

（2）静态局部变量。    （使用时进行实例化。不存在线程安全问题）

（3）饿汉式。                （单例类创建的时候进行实例化。不存在线程安全问题）

2、单例代码实现

推荐使用静态局部变量实现单例，具体的代码如下：

#include <iostream>

class SingletInstance
{
public:
    static SingletInstance* getInstance()
    {
        static SingletInstance ins;
        return &ins;
    }
private:
    SingletInstance(){std::cout << "SingletInstance Constructot " << std::endl;};
};

int main()
{
    std::cout << "this addr is  " << SingletInstance::getInstance() << std::endl;
    std::cout << "this addr is " << SingletInstance::getInstance() << std::endl;

    return 0;
}

代码运行结果如下：

单例的各种实现方式可参考下面链接：

总结C++单例模式_c++ proto类需要自己释放吗_发如雪Jay的博客-CSDN博客

2.1  static介绍

        C++内存分区可大致分为：栈、堆、全局数据区（静态区）、代码区，staitc修饰的内容属的于全局数据区（静态区），全局数据区中存在的变量包括：全局变量和静态变量存储，生成周期在程序结束时释放。

2.2 C++中static的三种用法：

（1）静态局部变量

      定义：使用static修饰类型的变量，如static int a。生命周期为程序运行周期。

      优点：静态局部变量的作用域外部不可访问，具有较好的安全性。

       注意：只初始化一次，若不赋值，则自动赋值为0，下一次进入该函数时，会自动忽略初始化语句。

代码如下：

void func()
{
    static int a = 10;
    a++;
    std::cout << "a " << a << std::endl;
}

int main()
{

    int cnt = 1;
    while(cnt <= 3)
    {
        func();
        cnt++;
    }
    return 0;
}

运行结果如下：

（2）静态成员变量

定义：使用static修饰的类成员变量，生命周期为程序运行周期。 

注意：每个类的对象的静态成员变量指向的是同一个块地址区域，即数据内容和地址一样。

必须在类对象使用前初始化。

代码如下：

#include <iostream>

class A
{
public:
    static int a;
};


int A::a = 10; //必须使用前初始化！
int main()
{
    std::cout << "A::a  is " << A::a <<",addr is " <<  &(A::a) << std::endl;
    
    / 下面访问静态成员变量的方法不使用，只为了说明，一般使用A::a访问静态成员变量。 //
    A obj1;
    A obj2;
    A obj3;
    std::cout << "A::a  is " << obj1.a << ",addr is " << &(obj1.a) <<std::endl;
    std::cout << "A::a  is " << obj2.a << ",addr is " << &(obj2.a) <<std::endl;
    std::cout << "A::a  is " << obj3.a << ",addr is " << &(obj3.a) <<std::endl;
    //
    return 0;
}

运行结果如下：

（3）静态成员函数

  定义：在成员函数前面加上static修饰符，如：static void fun(){};

  访问：用类名::函数名进行访问

 静态成员函数与非静态成员函数区别：非静态成员函数可以任意地访问静态成员函数和静态数据 成员，静态成员函数不能访问非静态成员函数和非静态数据成员。

3、观察者模式介绍

 观察者模式属于设计模式中的行为型模式分类（关注对象的行为或者交互方面的内容）。

观察者模式使用场景是 描述多个观察者(Observer)订阅一个被观察者的对象状态;当被观察者状态变化时，被观察者会通知所有订阅的观察者对象，让其接收取到状态变化信息。

应用：Qt框架中数据间的通信机制是信号槽，信号槽机制就是观察者模式_百度百科 (baidu.com)应用的体现。

观察者模式也被称为发布者-订阅模式。观察者模式是对象间一对多的关系描述，类似广播。

4、观察者代码实现

代码设计的观察对象如下：

（1）定义一个抽象的被观察者（AbsTarget）类，该类有订阅、取消订阅、通知属性变化、设置数据的接口。

（2）被观察对象（Target1）继承于AbsTarget，对应的观察者对象有Observer1、Observer2。

（3）被观察对象（Target2）继承于AbsTarget，对应的观察者对象Observer3。

（4） 定义一个抽象的观察者（AbsObserver）类，该类有接收数据变化的接口，该接口为了应对不同的数据类型，接收的数据类型定义为void*。

（5）观察者1（Observer1）继承于AbsObserver类；观察者2（Observer2）继承于AbsObserver类，Observer1和Observer2接收数据变化的数据结构为同一种。

（6）观察者3（Observer3）继承于AbsObserver类，Observer3接收的数据结构为一种。

具体代码实现如下：

#include <iostream>
#include <list>
#include <string>
struct Data1
{
    int n1;
    float f1;
};

struct Data2
{
    int n1;
    std::string strname;
};
//观察者
class AbsObserver
{
public:
    AbsObserver()=default;
    virtual ~AbsObserver(){};
    virtual void receiveData(void* pThis)=0;    //使用void*来适应不同的数据类型
};

//具体观察者1
class Observer1:public AbsObserver
{
public:
    Observer1()=default;
    ~Observer1(){};

    virtual void receiveData(void* pThis)override{
        Data1* data1 = (Data1*)pThis;
        std::cout << "  Observer1 receive ";
        std::cout << "f1: " <<  data1->f1 <<  ", n1: " <<data1->n1 << std::endl;
    }
};

//具体观察者2
class Observer2:public AbsObserver
{
public:
    Observer2()=default;
    ~Observer2(){};

    virtual void receiveData(void* pThis)override{
        Data1* data1 = (Data1*)pThis;
        std::cout << "  Observer2 receive ";
        std::cout << "f1: " <<  data1->f1 <<  ", n1: " <<data1->n1 << std::endl;
    }
};

class Observer3:public AbsObserver
{
public:
    Observer3()=default;
    ~Observer3(){};

    virtual void receiveData(void* pThis)override{
        Data2* data1 = (Data2*)pThis;
        std::cout << "  Observer3 receive ";
        std::cout << "strname: " <<  data1->strname <<  ", n1: " <<data1->n1 << std::endl;
    }
};


//被观察目标
class AbsTarget{
public:
    AbsTarget()=default;
    virtual ~AbsTarget(){
        std::cout << "~AbsTarget" << std::endl;
    };

    virtual void Attach(AbsObserver* obj)=0;
    virtual void Detach(AbsObserver* obj)=0;
    virtual void NotifyData()=0;
    virtual void setData(void* data)=0;

};

//具体被观察目标类型1
class Target1:public AbsTarget
{
public:
    Target1()=default;
    virtual ~Target1(){
        std::cout << "~Target1" << std::endl;
        if(m_pObservers.size() >0)
        {
            m_pObservers.clear();
            std::cout << "Target1 clear Data" << std::endl;
        }
    };

    virtual void Attach(AbsObserver* obj)override
    {
        m_pObservers.push_back(obj);
    };
    virtual void Detach(AbsObserver* obj)override{
        m_pObservers.remove(obj);
    };
    virtual void NotifyData()override
    {
        for(auto it:m_pObservers)
        {
            it->receiveData(&m_data1);
        }
    }

    void setData(void* data)override
    {
        Data1* tmp = (Data1*)data;
        m_data1.f1 =tmp->f1;
        m_data1.n1 =tmp->n1;
        std::cout << "Target1 NotifyData************" << std::endl;
        NotifyData();
    }
private:
    std::list<AbsObserver*>m_pObservers;
    Data1 m_data1;
};

//具体被观察目标类型2
class Target2:public AbsTarget
{
public:
    Target2()=default;
    virtual ~Target2(){
        std::cout << "~Target2" << std::endl;
        if(m_pObservers.size() >0)
        {
            m_pObservers.clear();
            std::cout << "Target2 clear Data" << std::endl;
        }
    };

    virtual void Attach(AbsObserver* obj)override
    {
        m_pObservers.push_back(obj);
    };
    virtual void Detach(AbsObserver* obj)override{
        m_pObservers.remove(obj);
    };
    virtual void NotifyData()override
    {
        for(auto it:m_pObservers)
        {
            it->receiveData(&m_data1);
        }
    }

    void setData(void* data)override
    {
        Data2* tmp = (Data2*)data;
        m_data1.strname =tmp->strname;
        m_data1.n1 =tmp->n1;
        std::cout << "Target2 NotifyData************" << std::endl;
        NotifyData();
    }
private:
    std::list<AbsObserver*>m_pObservers;
    Data2 m_data1;
};

void UseTarget1()
{
    AbsTarget *pTarger1 = new Target1();

    AbsObserver* pObserve1= new Observer1();
    pTarger1->Attach(pObserve1);
    AbsObserver* pObserve2= new Observer2();
    pTarger1->Attach(pObserve2);
    Data1 tmp;
    tmp.f1 = 30.06;
    tmp.n1 = 60;
    pTarger1->setData(&tmp);
    pTarger1->Detach(pObserve1);
    pTarger1->setData(&tmp);

    pTarger1->Detach(pObserve2);
    delete  pTarger1;
    pTarger1 = nullptr;
    delete  pObserve1;
    pObserve1 = nullptr;
    delete  pObserve2;
    pObserve2 = nullptr;
}

void UseTarget2()
{
    AbsTarget *pTarger2 = new Target2();

    AbsObserver* pObserve3= new Observer3();
    pTarger2->Attach(pObserve3);
    Data2 tmp;
    tmp.strname = "hello";
    tmp.n1 = 60;
    pTarger2->setData(&tmp);
    pTarger2->Detach(pObserve3);

    delete  pTarger2;
    pTarger2 = nullptr;
    delete  pObserve3;
    pObserve3 = nullptr;

}
int main()
{
    std::cout << "*********** Use Target1, Observer1, Observer2 ***********" << std::endl;
    UseTarget1();
    std::cout << "\n*********** Use Target2, Observer3 ***********" << std::endl;
    UseTarget2();

    return 0;
}

程序运行结果如下：

 关于观察者模式介绍也可参考：

C++行为型模式-实现观察者模式_观察者模式c++实现_herryone123的博客-CSDN博客

附加：

1、设计模式介绍和分类可参考：

C++设计模式介绍与分类_夜雨听萧瑟的博客-CSDN博客

2、static的用法可参考：

c++中static的用法详解_c++中static的作用和用法_「已注销」的博客-CSDN博客

对C语言 static作用——修饰 变量（全局变量/局部变量）、函数_c语言static修饰的局部变量_杰儿__er的博客-CSDN博客

3、对信号槽机制感兴趣的可参考链接：

信号槽机制_夜雨听萧瑟的博客-CSDN博客

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