【设计模式】单例模式

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参考了《人人都懂设计模式：从生活中领悟设计模式（Python实现）》

Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.
确保一个类只有一个实例，并且提供一个访问它的全局方法。

应用场景

  1. 你希望这个类有且只能有一个实例；
  2. 项目中的一些全局管理类。

    实现方式（Python）

    1) 重写__new__和__init__方法

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class Singleton(object):
    # 在这里定义的变量相当于C++类中定义的static变量，相当于类里的全局变量
    # Python中的前双下划线表示C++中的private成员，前单下划线表示protected成员
    __instance      = None
    __is_first_init = True

    def __new__(cls, name):
        """
        __new__是一个类方法，用于创建对象，创建的对象会被传递给__init__方法里的self参数
        """
        if not cls.__instance:
            Singleton.__instance = super().__new__(cls)
        return cls.__instance

    def __init__(self, name):
        """__init__是一个对象方法，用来初始化__new__创建的对象"""
        if self.__is_first_init:
            self.__name = name
            Singleton.__is_first_init = False

    def get_name(self):
        return self.__name

2) 自定义metaclass的方法

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class Singleton(type):
    """metaclass都要继承type"""
    def __init__(cls, what, bases=None, dict=None):
        """进行一些初始化的操作，如一些全局变量的初始化"""
        super().__init__(what, bases, dict)
        cls._instance = None

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        """创建实例，在创建的过程中会调用class的__new__和__init__方法"""
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instance


class CustomClass(metaclass=Singleton):
    def __init__(self, name):
        self.__name = name

    def get_name(self):
        return self.__name

3) 装饰器的方法

装饰器的实质就是对传送进来的参数进行补充，可以在不对原有的类做任何代码变动的情况下增加额外的功能，使用装饰器可以装饰多个类。用装饰器的方法实现单例模式，通用性非常高，在实际项目中用得非常多。

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def singleton_decorator(cls, *args, **kwargs):
    """定义单例装饰器"""
    instance = {}

    def wrapper_singleton(*args, **kwargs):
        if cls not in instance:
            instance[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instance[cls]

    return wrapper_singleton


@singleton_decorator
class Singleton:
    """使用单例装饰器修饰一个类"""
    def __init__(self, name):
        self.__name = name

    def get_name(self):
        return self.__name

实现方式（C++）

懒汉

第一次用到实例的时候才会去实例化

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class singleton
{
private:
    singleton();
    static singleton *p = nullptr;
public:
    static singleton *instance();    
};

singleton *singleton::instance()
{
    if (p == nullptr) {
        p = new singleton();
    }
    return p;
}

饿汉

单例类定义的时候就进行实例化

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class singleton
{
private:
    singleton();
    static singleton *p = new singleton();
public:
    static singleton *instance();    
};

singleton *singleton::instance()
{
    return p;
}