设计模式之单例模式

之前做项目的时候，涉及到单例模式的有关内容，但之所以拿出来讲，不仅仅是因为设计模式，还涉及到static成员变量的有关知识点；

单例模式的概念

单例模式是一种设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该实例。

这在某些情况下很有用，比如当只需要一个对象来协调某些共享资源、控制特定操作的时候，或者为了避免创建大量相同的对象而造成资源浪费。

单例模式常用的一种场景，比如我设计了一个服务器，需要给服务器加上日志打印模块，显然在服务器运行过程中，我们只需要保证日志处理的实例只有一个，从而集中管理和控制日志输出，提高代码的可维护性和可读性。

单例模式的特点

一般而言，单例(模式)类有这些特点，它会包含：

• 私有构造函数
  • 单例类之所以将构造函数设定为私有的，目的就是为了防止外部代码直接创建实例，失去单例模式的作用；
• 静态实例变量
  • 单例类通常有一个静态变量，该变量主要是为了保存单例实例；
• 静态成员函数
  • 该成员函数的目的主要是为了获取单例实例；

单例模式常用的实现方式有两种：

• 饿汉式单例：在类加载的时候就创建单例实例，保证全局唯一性。优点是线程安全，但可能在实际使用时造成资源浪费，因为即使没有使用也会创建实例。
• 懒汉式单例：在第一次使用时才创建单例实例，避免了资源浪费。但需要考虑线程安全问题，可以通过同步方法、双重检查锁等方式来实现线程安全。

单例模式在多线程环境下的使用确实是需要尤为注意的一点，因为某种程度上，单例模式类也是一种共享资源；

我们看一段代码：

class Log {
public:
    // ....
    
    static Log* Instance(); // 该函数用来获取静态实例
    {
        static Log inst;    // 全局的日志实例，保证了在整个应用程序中只有这一个实例
        return &inst;       // 由于是static的，作用域结束也不会被销毁
    }

    // ....
private:
    // .....

    Log();  // 构造函数设计为private的

    virtual ~Log();

    // .....
};

显然，上面这段代码属于懒汉式单例；

此外，对单例类的使用还需要注意线程安全，但是一般而言我们作为服务器日志打印系统，服务器程序的实例正常情况下只有一个，因此只要是在服务端下调用日志，线程安全是有保证的；

说到这里，这边再添加一些额外的思考；

补充思考

这部分之所以配合单例模式理解，原因主要在于一个众所周知的知识点：类的静态成员函数不得访问类的非静态成员(函数)；

• 因为静态成员没有隐含的this指针，找不到类的(非静态)成员

那么，请问构造函数算类的成员函数吗？

如果算，为什么上述代码中可以在静态成员中去构造Log对象呢？

这是一个思考了许久的问题，目前的理解方式是这样的：静态成员确实因为没有隐含的this指针，无法访问类的非静态成员，但是访问类的构造函数，需要this指针吗？显然，在构造函数执行之前，甚至不存在所谓的this指针，类似我们看这么一段代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class A {
public:
    A() {}
    void func() { cout << "This is func" << endl; }
    ~A() {}    
}

int main() {
    A a;    // 执行这段需要this指针吗？不需要

    a.func();   // 通过隐含的this指针访问func()

    func();     // 访问错误，找不到该函数
}

因此类比到类的静态成员函数，静态成员函数在自身的作用域内，是可以通过构造函数去构造对象的，就像main函数，可以在自己的作用域内构造对象一个道理；

不知道目前的理解够不够准确，随时补充！