下面就为你详细讲解“C++使用宏函数实现单例模板详解”的完整攻略。
1. 单例模式简介
单例模式是一种创建型设计模式,它确保某个类只有一个实例,并提供一个全局访问点,使得该实例能够被访问。单例模式在很多场景下都有非常重要的作用,例如线程池、配置文件读取等。
2. 使用宏函数实现单例模板
C++中使用宏函数可以方便地实现单例模板。具体实现步骤如下:
- 定义一个模板类,并将构造函数、拷贝构造函数、赋值运算符等函数都定义为private,以避免在类外部实例化该类。
template<typename T>
class Singleton{
private:
Singleton() = default;
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
public:
static T& instance() {
static T t {};
return t;
}
};
- 调用宏函数定义单例模板的基本代码块,可将其命名为
DECLARE_SINGLETON
。
#define DECLARE_SINGLETON(class_name) \
friend class Singleton<class_name>; \
class_name() = default; \
virtual ~class_name() = default;
- 在定义类中使用
DECLARE_SINGLETON
和public:
,可实现添加到单例类模板的基本成员函数。
class Test {
public:
DECLARE_SINGLETON(Test)
void func() {
std::cout << "test func" << std::endl;
}
};
- 在需要使用单例模板的地方,调用
instance()
函数即可获取该单例的唯一实例。
Test& t = Singleton<Test>::instance();
t.func(); // test func
至此,单例模板的基本代码框架已经搭建完成。对于一些较为复杂的应用场景,还需要在单例模板中添加一些额外的成员函数和变量才能满足需求。
3. 示例说明
下面是两个示例,分别演示了如何使用宏函数实现单例模板。
示例1
下面是一个用于保存游戏得分的单例模板类。
template<ScoreType TYPE>
class ScoreManager final {
public:
DECLARE_SINGLETON(ScoreManager)
int get_score() {
return score_;
}
void add_score(int score) {
score_ += score;
}
private:
int score_ {};
};
该模板类应具体化为两个不同的类型:ScoreType::Easy
和ScoreType::Hard
,分别表示不同难度级别的游戏得分管理器。可以使用宏定义SCORE_MANAGER
自动化生成两个具体类并定义一个简单的全局函数。
#define SCORE_MANAGER(type) \
class ScoreManager##type : public ScoreManager<ScoreType::type> {\
public: ScoreManager##type() {} virtual ~ScoreManager##type() = default; \
}; \
static inline auto& Get##type############Singleton() { \
return Singleton<ScoreManager##type>::instance(); \
}
SCORE_MANAGER(Easy)
SCORE_MANAGER(Hard)
上述代码利用了##
标记来进行宏函数替换,以自动定义具体化的类名和全局函数名。
例如,SCORE_MANAGER(Easy)
宏展开后,生成的具体类名为ScoreManagerEasy
,全局函数名为GetEasySingleton()
,其调用方法为:
auto& score_manager_easy = GetEasySingleton();
score_manager_easy.add_score(100);
std::cout << score_manager_easy.get_score() << std::endl; // 100
同理,SCORE_MANAGER(Hard)
生成的具体类名为ScoreManagerHard
,全局函数名为GetHardSingleton()
。由于ScoreManager
类的构造函数为private,因此只能通过使用GetEasySingleton()
或GetHardSingleton()
方法来获取其唯一实例。
示例2
下面是一个用于保存各种配置文件的单例模板类。
template<typename T>
class ConfigManager final {
public:
DECLARE_SINGLETON(ConfigManager)
bool load(const std::string& file_path) {
try {
std::ifstream file_stream(file_path);
if (file_stream.fail()) throw;
T config;
nlohmann::json json_config;
file_stream >> json_config;
json_config.get_to(config);
configs_.push_back(std::move(config));
return true;
} catch (...) {
return false;
}
}
const T& get(int index = 0) const {
return configs_[index];
}
private:
std::vector<T> configs_ {};
};
该模板类支持从文件中读取配置信息并以数组形式存储起来。可以使用宏定义CONFIG_MANAGER
自动化生成不同类型的具体化类,以便支持多种配置类型。
#define CONFIG_MANAGER(class_name) \
class ConfigManager##class_name : public ConfigManager<class_name> {\
public: ConfigManager##class_name() {} virtual ~ConfigManager##class_name() = default; \
}; \
static inline auto& Get##class_name##Singleton() { \
return Singleton<ConfigManager##class_name>::instance(); \
}
CONFIG_MANAGER(int)
CONFIG_MANAGER(std::string)
上述代码利用了##
标记来进行宏函数替换,以自动定义具体化的类名和全局函数名。
例如,CONFIG_MANAGER(int)
宏展开后,生成的具体类名为ConfigManagerint
,全局函数名为GetIntSingleton()
,其调用方法为:
auto& config_manager_int = GetIntSingleton();
config_manager_int.load("int_config.json");
std::cout << config_manager_int.get().size() << std::endl; // 1
std::cout << config_manager_int.get()[0] << std::endl; // 10
auto& config_manager_string = GetStringSingleton();
config_manager_string.load("string_config.json");
std::cout << config_manager_string.get().size() << std::endl; // 2
std::cout << config_manager_string.get()[0] << std::endl; // abc
std::cout << config_manager_string.get()[1] << std::endl; // def
同理,CONFIG_MANAGER(std::string)
生成的具体类名为ConfigManagerstd::string
,全局函数名为GetStringSingleton()
。由于ConfigManager
类的构造函数为private,因此只能通过使用GetIntSingleton()
或GetStringSingleton()
方法来获取其唯一实例。
4. 总结
本文介绍了如何使用宏函数实现单例模板,详细讲解了宏函数的基本生成流程,并给出了两个示例以说明其具体应用过程。单例模式具有非常重要的应用场景,掌握如何使用宏函数实现单例模板,可帮助我们在实际开发中更好地运用该设计模式。
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