6.5 Шаблон "одиночка" (Singleton)

Шаблон "одиночка" является хорошей заменой глобальным переменным, он обеспечивает существование единственного экземпляра некоторого класса и позволяет получить удобный доступ к этому экземпляру.

В следующем фрагменте кода приведен класс Singleton, который должен иметь только один экземпляр. Для того чтобы гарантировать наличие единственного экземпляра, необходимо исключить любые возможности создания объекта класса пользователем. Для этого необходимо сделать закрытыми конструктор по умолчанию, конструктор копирования по умолчанию и оператор присваивания.

Для обеспечения единой точки доступа к экземпляру создается статическая функция getSingleton(), которая возвращает указатель на единственный экземпляр класса.

// Пример 6.4 - шаблон "одиночка"

#include <iostream>

class Singleton

{

// Закрытые конструкторы и оператор равно препятствуют

// созданию дополнительных экземпляров класса.

Singleton() {};

Singleton(Singleton&) {}

Singleton& operator=(Singleton&) {}

public:

// Единая точка доступа к экземпляру класса. Экземпляр класса

// создается при первом вызове метода.

static Singleton* getSingleton()

{

static Singleton instance;

return &instance;

}

void print()

{

std::cout << "Hello I'm Singleton" << std::endl;

}

};

int main()

{

Singleton::getSingleton()->print();

system("pause");

}

Результат работы программы следующий:

Hello I'm Singleton

Шаблон одиночка имеет множество разновидностей, которые помимо вышеописанных возможностей позволяют контролировать порядок создания взаимозависимых одиночек, процесс и порядок уничтожения экземпляров одиночек. Однако, такие модификации будут более сложными, особенно при большом количестве взаимозависимых экземпляров Singleton.

6.6 Шаблон "итератор" (Iterator)

Шаблон "итератор" предоставляет возможность последовательного перебора элементов коллекции вне зависимости от её внутреннего устройства. Будь то массив, список, стек или дерево, итератор, с точки зрения пользователя, работает одинаково. Благодаря такой унификации, возможно создавать алгоритмы, не зависящие от типа коллекции и допускающие её замену.

Рассмотрим реализацию шаблона "итератор" на примере коллекции "циклический массив" − класс CycleArray. Данный массив имеет заранее заданный фиксированный размер и поддерживает операции индексирования, получения размера и добавления элемента в конец массива. До момента заполнения новые элементы добавляются в конец массива, после заполнения новые элементы переписывают уже имеющиеся. Переписывается элемент, который был добавлен раньше всех остальных. Итератор на начало последовательности возвращается методом begin(), итератор на элемент, следующий за последним, возвращается методом end(). Сам класс Iterator является вложенным в класс CycleArray.

// Пример 6.5 - шаблон "итератор". Обход циклического массива.

#include <vector>

#include <iostream>

// Циклический массив основан на стандартном контейнере std::vector,

// однако элементы в циклическом массиве располагаются иначе.

class CycleArray

{

std::vector<int> mArray;

int mCapacity;

int mFirstElement;

public:

// Вложенный класс итератор, позволяющий получить доступ к элементам

// циклического массива в нужном порядке. Использование итератора

// циклического массива схоже с использованием итератора

// контейнера std::vector.

class Iterator

{

CycleArray* mArray;

int mIndex;

public:

Iterator(CycleArray* arr, int index):

mArray(arr),

mIndex(index)

{}

bool operator!=(Iterator& it){

return mArray != it.mArray || mIndex != it.mIndex;

}

int operator*() {

return mArray->get(mIndex);

}

void operator++() {

++mIndex;

}

};

CycleArray(int capacity):

mFirstElement(-1),

mCapacity(capacity)

{

}

// Добавление элемента в конец циклического массива

void push_back(int value)

{

if(mArray.size() < mCapacity)

{

mArray.push_back(value);

++mFirstElement;

return;

}

++mFirstElement;

mFirstElement = mFirstElement % mCapacity;

mArray[mFirstElement] = value;

}

// Текущий размер циклического массива

int size() {

return mArray.size();

}

// Получение элемента по индексу

int get(int index) {

int i = mFirstElement - index;

if(i < 0)

i = mArray.size() + i;

return mArray[i];

}

// Итератор на первый элемент

Iterator begin() {

return Iterator(this, 0);

}

// Итератор на элемент следующий за последним

Iterator end() {

return Iterator(this, mArray.size());

}

};

int main()

{

CycleArray arr(10);

for(int i = 0; i != 15; ++i)

{

arr.push_back(i);

for(CycleArray::Iterator it = arr.begin();

it != arr.end();

++it)

{

std::cout << *it << ' ';

}

std::cout << std::endl;

}

system("pause");

}

Результат работы программы следующий:

0

1 0

2 1 0

3 2 1 0

4 3 2 1 0

5 4 3 2 1 0

6 5 4 3 2 1 0

7 6 5 4 3 2 1 0

8 7 6 5 4 3 2 1 0

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3

13 12 11 10 9 8 7 6 5 4

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5

Шаблон "итератор" активно применяется в стандартной библиотеке языка C++ (STL − standard template library) для доступа к элементам контейнеров std::vector, std::deque, std::map, std::set и другим.

В данном примере обход элементов циклического массива в процедуре main() схож с использованием итераторов для обхода элементов контейнеров стандартной библиотеки.

Важным достоинством итераторов является возможность их использования без знания деталей реализации конкретного класса коллекции.

В рассмотренном примере для проверки существования следующего элемента в коллекции используется сравнение текущего итератора с итератором end() при помощи перегруженного оператора "не равно". Иногда такая проверка помещается в отдельный метод итератора, например has_next() или is_done(), в таком случае необходимость в методе end() у класса-коллекции отпадает.