stringtranslate.com

Шаблон синглтона

Диаграмма классов, иллюстрирующая шаблон «одиночка».

В объектно-ориентированном программировании шаблон синглтон — это шаблон проектирования программного обеспечения , который ограничивает создание экземпляра класса единственным экземпляром. Это один из известных шаблонов проектирования «Банды четырех» , которые описывают, как решать повторяющиеся проблемы в объектно-ориентированном программном обеспечении. [1] Шаблон полезен, когда для координации действий в системе требуется ровно один объект.

Более конкретно, шаблон Singleton позволяет классам: [2]

Термин происходит от математической концепции синглтона .

Распространенное использование

Синглтоны часто предпочитают глобальным переменным, потому что они не загрязняют глобальное пространство имен (или их содержащее пространство имен). Кроме того, они допускают ленивое выделение и инициализацию, тогда как глобальные переменные во многих языках всегда будут потреблять ресурсы. [1] [3]

Шаблон синглтон также может быть использован в качестве основы для других шаблонов проектирования, таких как шаблоны abstract factory , factory method , builder и prototype . Объекты фасада также часто являются синглтонами, поскольку требуется только один объект фасада.

Ведение журнала — это распространенный реальный пример использования одиночных объектов, поскольку все объекты, желающие регистрировать сообщения, требуют единой точки доступа и концептуально записывают данные в один источник. [4]

Реализации

Реализации шаблона Singleton гарантируют, что когда-либо будет существовать только один экземпляр класса Singleton, и обычно предоставляют глобальный доступ к этому экземпляру.

Обычно это достигается следующим образом:

Экземпляр обычно хранится как частная статическая переменная ; экземпляр создается при инициализации переменной в какой-то момент до первого вызова статического метода.

Эта реализация C++11 основана на реализации до C++98, изложенной в книге [ требуется ссылка ] .

#include <iostream> class Singleton { public : // определяет операцию класса, которая позволяет клиентам получать доступ к его уникальному экземпляру. static Singleton & get () { // может отвечать за создание своего собственного уникального экземпляра. if ( nullptr == instance ) instance = new Singleton ; return * instance ; } Singleton ( const Singleton & ) = delete ; // правило трех Singleton & Operator = ( const Singleton & ) = delete ; static void destruct () { delete instance ; instance = nullptr ; } // существующий интерфейс указывается здесь int getValue () { return value ; } void setValue ( int value_ ) { value = value_ ; } private : Singleton () = default ; // нет открытого конструктора ~ Singleton () = default ; // нет открытого деструктора static Singleton * instance ; // объявление переменной класса int value ; };                                                                    Singleton * Singleton :: instance = nullptr ; // определение переменной класса    int main () { Singleton :: get (). setValue ( 42 ); std :: cout << "value=" << Singleton :: get (). getValue () << '\n' ; Singleton :: destruct (); }

Вывод программы:

значение = 42

Это реализация синглтона Мейерса [5] в C++11. У синглтона Мейерса нет метода destruct. Вывод программы такой же, как и выше.

#include <iostream> class Singleton { public : static Singleton & get () { static Singleton instance ; return instance ; } int getValue () { return value ; } void setValue ( int value_ ) { value = value_ ; } private : Singleton () = default ; ~ Singleton () = default ; int value ; };                                  int main () { Singleton :: get (). setValue ( 42 ); std :: cout << "value=" << Singleton :: get (). getValue () << '\n' ; }

Ленивая инициализация

Реализация singleton может использовать ленивую инициализацию , при которой экземпляр создается при первом вызове статического метода. В многопоточных программах это может вызвать состояние гонки , которое приводит к созданию нескольких экземпляров. Следующий пример Java 5+ [6] представляет собой потокобезопасную реализацию, использующую ленивую инициализацию с двойной проверкой блокировки .

публичный класс Singleton {    частный статический изменчивый экземпляр Singleton = null ;       частный синглтон () {}   public static Singleton getInstance () { if ( instance == null ) { synchronized ( Singleton . class ) { if ( instance == null ) { instance = new Singleton (); } } } return instance ; } }

Критика

Некоторые считают синглтон антишаблоном , который вводит глобальное состояние в приложение, часто без необходимости. Это вводит потенциальную зависимость от синглтона другими объектами, требуя анализа деталей реализации, чтобы определить, существует ли зависимость на самом деле. [7] Эта повышенная связанность может вызвать трудности с модульным тестированием . [8] В свою очередь, это накладывает ограничения на любую абстракцию, использующую синглтон, например, предотвращая одновременное использование нескольких экземпляров. [8] [9] [10]

Синглтоны также нарушают принцип единственной ответственности , поскольку они несут ответственность за обеспечение своей уникальности наряду с выполнением своих обычных функций. [8]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides (1994). Шаблоны проектирования: элементы повторно используемого объектно-ориентированного программного обеспечения . Addison Wesley. стр. 127 и далее. ISBN 0-201-63361-2.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  2. ^ "Шаблон проектирования Singleton - проблема, решение и применимость". w3sDesign.com . Получено 2017-08-16 .
  3. ^ Сони, Девин (31 июля 2019 г.). «Что такое синглтон?». BetterProgramming . Получено 28 августа 2021 г. .
  4. ^ Rainsberger, JB (1 июля 2001 г.). «Используйте свои синглтоны мудро». IBM. Архивировано из оригинала 24 февраля 2021 г. Получено 28 августа 2021 г.
  5. ^ Скотт Мейерс (1997). Более эффективный C++ . Эддисон Уэсли. стр. 146 и далее. ISBN 0-201-63371-X.
  6. ^ Эрик Фримен, Элизабет Фримен, Кэти Сьерра и Берт Бейтс (октябрь 2004 г.). "5: One of a Kind Objects: The Singleton Pattern". Head First Design Patterns (первое издание). O'Reilly Media, Inc. стр. 182. ISBN 978-0-596-00712-6.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  7. ^ "Why Singletons Are Controversial". Архив Google Code . Архивировано из оригинала 6 мая 2021 г. Получено 28 августа 2021 г.
  8. ^ abc Button, Brian (25 мая 2004 г.). «Почему одиночки — зло». Быть Скоттом Денсмором . Microsoft. Архивировано из оригинала 15 июля 2021 г. Получено 28 августа 2021 г.
  9. ^ Стив Йегге. Одиночек считают глупыми, сентябрь 2004 г.
  10. ↑ Хевери, Мишко, «Глобальное состояние и синглтоны», Clean Code Talks , 21 ноября 2008 г.

Внешние ссылки

В Wikibook Computer Science/Design Patterns есть страница на тему: Реализации Singleton на разных языках.
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Шаблон Singleton» .