(1·设计模式分类、单例)

设计模式

为了让代码更加模块化，降低耦合度，从而更易复用，扩展，组合，提高安全性，简化使用

分类

创建型模式: 指导如何更好的创建对象

结构型模式：指导如何将类和对象封装为较大的结构

行为型模式：指导如何让对象和类之间高效的沟通

单例模式

作用：保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个实例

class Singleton {
    private:
    // 私有的静态实例变量
    static Singleton* instance = new Singleton();
    // 私有的构造函数
    Singleton() = default;
public:
    // 公有的静态方法来获取实例
    static Singleton* getInstance() {
        return instance;
    }
};

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饿汉：实例在类加载时就被创建,线程安全，浪费资源（如果从未使用该实例）

class Singleton {
    private:
    // 私有的静态实例变量
    static Singleton* instance;
    // 私有的构造函数
    Singleton() = default;
public:
    // 公有的静态方法来获取实例
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};
Singleton* Singleton::instance = nullptr;//类外定义

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懒汉模式：第一次使用时才创建，非线程安全（数据竞争），节省资源

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    static std::mutex mtx; // 互斥锁
    Singleton() = default;

public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) { // 首次创建应加锁
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 加锁，阻塞其他线程，lock_guard保证作用域结束自动unlock
            if (instance == nullptr) { // 第二次检查（确保唯一）
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;// 类外初始化
std::mutex Singleton::mtx;

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双重检查锁：在懒汉模式基础上，保证线程安全

class Singleton {
private:
    // 私有构造函数，防止外部直接创建对象
    Singleton() = default;

public:
    // 静态成员函数，用于获取单例实例的引用
    static Singleton& getInstance() { 
        // 静态局部变量，在首次调用该函数时初始化
        static Singleton instance; 
        // 返回单例实例的引用
        return instance;
    }
};

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双重检查锁优化：使用局部静态变量，c++中如果在静态局部变量正在初始化时，有其他线程同时进入该变量的声明语句，那么这些并发执行的线程会等待初始化完成，因此不会数据竞争

实现方式：

• 私有的构造函数：防止外部代码创建类的实例，如果是public的，就可以创建多个类实例，这不符合目标
• 私有的静态实例变量：静态保证此对象在类的唯一性质，私有保证外部不能直接访问
• 公有的静态方法：静态保证可以不创建类实例就可以调用，公有保证外部可以直接访问

封装原则

你可能会疑惑上述的单例中为什么不直接暴露instance呢，而通过 public getInstance（）去间接访问

封装原则：严格来说任何时候都不将成员变量设为 public，而通过两个接口读写

• get() 获取成员变量
• set() 设置成员变量

这样对外部隐藏内部实现细节，仅暴露必要的接口，提高安全性, 防止不正确的修改