Реализация класса Singleton в C++

Одноэлементный класс — это особый тип класса в объектно-ориентированном программировании, который может иметь только один объект или экземпляр в каждый момент времени. Другими словами, мы можем создать только один экземпляр класса singleton. Новая переменная также указывает на начальный созданный экземпляр, если мы попытаемся создать экземпляр класса Singleton после первого раза. Это реализовано с использованием основных концепций объектно-ориентированного программирования, а именно модификаторов доступа, конструкторов и статических методов.

Шаги по реализации класса Singleton в C++

• Сделайте все конструкторы класса закрытыми.
• Удалите конструктор копирования класса.
• Создайте частный статический указатель, который может указывать на один и тот же объект класса (одноэлементный класс).
• Создайте общедоступный статический метод, который возвращает указатель на тот же объект класса (одноэлементный класс).

Ниже представлена ​​реализация одноэлементного класса на C++:

С++

// Implementation of Singleton Class

// in C++

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

class Singleton{

  private:

  

  // member variables

  string name, loves;

    

  static Singleton*

        

  // static pointer which will points

  //to the instance of this class

  instancePtr;

  

  // Default constructor

  Singleton()

  {

  }

  

  public:

  

  // deleting copy constructor

  Singleton(const Singleton& obj)

    = delete;

  /*

    getInstance() is a static method that returns an

    instance when it is invoked. It returns the same

    instance if it is invoked more than once as an instance

    of Singleton class is already created. It is static

    because we have to invoke this method without any object

    of Singleton class and static method can be invoked

    without object of class

    As constructor is private so we cannot create object of

    Singleton class without a static method as they can be

    called without objects. We have to create an instance of

    this Singleton class by using getInstance() method.

  */

  static Singleton* getInstance()

  {

    // If there is no instance of class

    // then we can create an instance.

    if (instancePtr == NULL)

    {

      // We can access private members

      // within the class.

      instancePtr = new Singleton();

      

      // returning the instance pointer

      return instancePtr;

    }

    else

    {

      // if instancePtr != NULL that means

      // the class already have an instance.

      // So, we are returning that instance

      // and not creating new one.

      return instancePtr;

    }

  }

  // sets values of member variables.

  void setValues(string name,

                 string loves)

  {

    this->name = name;

    this->loves = loves;

  }

  

  // prints values of member variables

  void print()

  {

    cout << name << " Loves " <<

            loves << "." << endl;

  }

};

// initializing instancePtr with NULL

Singleton* Singleton ::instancePtr = NULL;

// Driver code

int main()

{

  Singleton* GeeksForGeeks

      = Singleton ::getInstance();

  

  // setting values of member variables.

  GeeksForGeeks->setValues("Manish",

                           "GeeksForGeeks");

  

  // printing values of member variables.

  GeeksForGeeks ->print();

  

  cout << "Address of GeeksForGeeks: " <<

           GeeksForGeeks << endl;

  cout << endl;

  Singleton* gfg = Singleton ::getInstance();

  

  // setting values of member variables.

  gfg->setValues("Vartika",

                 "GeeksForGeeks");

  

  // Printing values of member variables.

  gfg->print();

  

  cout << "Address of gfg: " << gfg << endl;

  return 0;

}

Выход

Manish Loves GeeksForGeeks.
Address of GeeksForGeeks: 0x1793010

Vartika Loves GeeksForGeeks.
Address of gfg: 0x1793010

Объяснение:

• Во-первых, мы сделали весь конструктор закрытым, чтобы экземпляр класса Singleton не мог быть создан извне.
• Мы удалили конструктор копирования, чтобы нельзя было создать копию экземпляра.
• Создал статический член instancePtrи инициализировал его значением NULL. Он указывает на экземпляр класса Singleton.
• Создан метод getInstance(), который возвращает экземпляр класса Singleton. Это статический метод, потому что к статическим переменным обращаются только статические методы, и мы должны получить доступ к instancePtr,который является статическим членом.
• Если экземпляр класса Singleton уже существует, то getInstance()вернет указатель на этот экземпляр, поскольку у нас может быть только один экземпляр класса Singleton.
• Если instancePtr == NULL, это означает, что не существует экземпляра класса Singleton. Итак, getInstance()создаст экземпляр класса Singleton и вернет указатель на него.
• Мы не можем создать экземпляр класса Singleton, так как все конструкторы закрыты. Мы должны использовать метод getInstance(), чтобы получить его экземпляр.

Случай 1: экземпляр класса Singleton создается заранее.

В этой реализации мы заранее создаем экземпляр класса Singleton (т. е. инициализируем instancePtr экземпляром вместо NULL с помощью нового ключевого слова) и возвращаем его при вызове getInstance().

Ниже приведена программа на C++ для реализации описанного выше подхода:

С++

// C++ program to implement

// the above approach

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

class Singleton{

  private:

  

  // member variables

  string name, loves;           

  

  // initializing instancePtr with an

  // instance(outside of this class we

  // are initializing instancePtr with

  // an object.)

  static Singleton *instancePtr;

  // Default constructor

  Singleton()

  {

  }

  

  public:

  

  // deleting copy constructor.

  Singleton(const Singleton &obj) = delete;

    

  // returns instancePtr and instancePtr

  // is pointing to an instance of

  // Singleton class

  static Singleton *getInstance()

  {

    return instancePtr;  

  }

  void setValues(string name,

                 string loves)

  {

    this->name = name;

    this->loves = loves;

  }

  void print()

  {

    cout << name << " Loves " <<

            loves << "." << endl;

  }

};

// initializing instancePtr with an instance

Singleton *Singleton ::instancePtr

    = new Singleton();

// Driver code

int main()

{

  Singleton *gfg

     = Singleton::getInstance();

  gfg->setValues("Learner",

                 "GeeksForGeeks");

  gfg->print();

  cout << "Address of gfg : " <<

           gfg << endl;

  // for output indentation

  cout << endl;

      

  Singleton *geeksForGeeks

     = Singleton::getInstance();

  geeksForGeeks->setValues("Everyone",

                           "GeeksForGeeks");

  geeksForGeeks->print();

  cout << "Address of geeksForGeeks : " <<

           geeksForGeeks << endl;

  return 0;

}

Выход

Learner Loves GeeksForGeeks.
Address of gfg : 0xd63010

Everyone Loves GeeksForGeeks.
Address of geeksForGeeks : 0xd63010

Объяснение:

• Во-первых, мы сделали весь конструктор закрытым, чтобы экземпляр класса Singleton не мог быть создан извне.
• Мы удалили конструктор копирования, чтобы нельзя было создать копию экземпляра.
• Создал статический элемент instancePtrи инициализировал его экземпляром, используя ключевое слово new. Он указывает на экземпляр класса Singleton.
• Создан метод getInstance(), который возвращает instancePtrкласса Singleton. Это статический метод, потому что к статическим переменным обращаются только статические методы, и мы должны получить доступ к instancePtr, который является статическим членом.
• Мы не можем создать экземпляр класса Singleton, так как все конструкторы закрыты. Мы должны использовать метод getInstance(), чтобы получить его экземпляр.

Случай 2: когда экземпляр создается без использования метода getInstance() для создания класса Singleton.

Ниже приведена программа C++ для реализации одноэлементного класса без использования метода getinstance():

С++

// C++ program to create singleton class

// without using getinstance() method

#include<bits/stdc++.h>

using namespace std;

class Singleton{

  private:

  

  // member variables

  string name, loves;

  

  // static pointer which points

  // to the instance of this class.

  static Singleton *instancePtr;

  // Default constructor

  Singleton()

  {

  }

    

  //same as above

  Singleton(string name,

            string loves)

  {

    this->name = name;

    this->loves = loves;

  }

  

  public:

  

  // deleting copy constructor.

  Singleton(const Singleton &obj) = delete;

  static Singleton *getInstance()

  {

    // If there is no instance of class

    // then we can create an instance.

    if(instancePtr == NULL)

    {

      // We can access private members

      // within the class.

      instancePtr = new Singleton();

      

      // returning the instance pointer.

      return instancePtr;

    }

    

    else

    {  

      // if instancePtr != NULL that means

      // the class already has an instance.

      // So, we are returning that instance

      // and not creating new one.

      return instancePtr;

    }

  }

  

  // sets values of member variables.

  void setValues(string name,

                 string loves)

  {

    this->name = name;

    this->loves = loves;

  }

  

  // prints values of member variables.

  void print()

  {

    cout << name << " Loves " <<

            loves << "." << endl;

  }

};

// initializing instancePtr with NULL

Singleton *Singleton ::instancePtr = NULL;

// Driver code

int main()

{   

  // Gives error

  Singleton *geeksForGeeks

     = new Singleton();

      

  // Cannot create object of Singleton class

  // as default constructor is private &

  // no method is used to access it.

  return 0;

}

Выход

Объяснение: Как показано в приведенном выше выводе, мы не можем создать экземпляр класса Singleton с помощью конструктора. У нас может быть только один экземпляр класса Singleton, который мы получим с помощью метода getInstance().