設計模式六大原則和單例模式

設計模式

目的

實現可重用解決方案，構筑易維護、可擴展的軟件系統。

六大原則

單一職責： 類的職責單一，一個方法做一件事。

開閉原則： 拓展開放，修改關閉。

里氏替換： 父類能出現的地方，子類可以替換。子類必須全部實現父類方法，盡量不暴露自己public方法供外界使用。覆蓋或實現父類方法時，輸入參數可以多。

依賴倒置： 模塊之間的依賴通過抽象發生，具體類之間不依賴。每個類盡量有抽象類，任何類不應該從具體類派生，盡量不重寫基類方法。

迪米特法則： 盡量減少對象間交互，從而減少類間耦合。

接口隔離原則： 類間的依賴關系建立在最小的接口上。

抽象構建框架，實現拓展細節。

單例模式

一個類只有一個對象，及系統中只有一個實例，實例被所有程序模塊共享。

例如服務器配置信息放在一個文件中，配置數據由單例對象統一讀取，服務進程的其他對象通過單例對象獲取配置信息。

實現

有餓漢模式和懶漢模式兩種實現模式。

餓漢模式

程序啟動就創建唯一實例對象。

多線程獲取單例對象不需要加鎖。

#include <iostream>
#include <string>class Singleton {
private:// 私有構造函數，防止外部創建實例Singleton() : data("Singleton") {std::cout << "Singleton instance created!" << std::endl;}// 私有析構函數，防止外部刪除實例~Singleton() {}// 刪除拷貝構造函數和賦值運算符Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;// 靜態成員變量，類加載時初始化static Singleton instance;// 成員變量std::string data;public:// 獲取單例對象的靜態方法static Singleton& getInstance() {return instance;}// 獲取成員變量的方法std::string& getData() {return data;}
};// 在類外初始化靜態成員變量
Singleton Singleton::instance;int main() {// 獲取單例對象Singleton& singleton = Singleton::getInstance();// 訪問單例對象的成員變量std::cout << "Data: " << singleton.getData() << std::endl;// 再次獲取單例對象，驗證是否為同一個實例Singleton& singleton2 = Singleton::getInstance();if (&singleton == &singleton2) {std::cout << "Both references point to the same instance!" << std::endl;}return 0;
}

懶漢模式

如果單例對象構造特別耗時或者耗資（加載插件、網絡），可在第一次使用時才創建對象。

C++11 之后，局部靜態變量的初始化是線程安全的，因此可以直接使用局部靜態變量實現懶漢模式。

#include <iostream>
#include <string>class Singleton {
private:// 私有構造函數，防止外部創建實例Singleton() : data("Singleton") {std::cout << "Singleton instance created!" << std::endl;}// 私有析構函數，防止外部刪除實例~Singleton() {}// 刪除拷貝構造函數和賦值運算符Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;// 成員變量std::string data;public:// 獲取單例對象的靜態方法static Singleton& getInstance() {static Singleton instance;  // 局部靜態變量，線程安全return instance;}// 獲取成員變量的方法std::string& getData() {return data;}
};int main() {// 獲取單例對象Singleton& singleton = Singleton::getInstance();// 訪問單例對象的成員變量std::cout << "Data: " << singleton.getData() << std::endl;// 再次獲取單例對象，驗證是否為同一個實例Singleton& singleton2 = Singleton::getInstance();if (&singleton == &singleton2) {std::cout << "Both references point to the same instance!" << std::endl;}return 0;
}