Muduo库之WeakCallback、Singleton
WeakCallback
在 WeakCallback.h 文件中定义了模板类 WeakCallback，在其模板参数中，有一个可变模板参数 ARGS，用以指示回调函数的参数。
在类内部，定义有两个成员变量，分别是 object_ 和 function_。
成员变量 object_ 是一个弱指针类型，即 weak_ptr。其目的是为了实现一种弱回调机制，使用 weak_ptr 将其绑定到回调函数中，这样对象的生命周期就不会被延长。同时，在调用回调函数时，尝试将其提升为 shared_ptr，如果提升成功，那么说明该回调函数还健在，那么就执行回调；如果提升失败，则无法调用回调函数。这样就可以设计出线程安全的回调函数。
另一个成员变量 function_ 是一个不定参的函数对象，即 std::function。在 C++11 之前，我们需要使用函数指针来定义回调函数，而在 std::function 关键字出现后，我们就可以使用这种更为方便的方式来定义回调函数。它是一个函数包装器模板，最早来自于 boost 库。它可以指向任何函数、函数指针、成员函数、静态函数、lambda 表达式和函数对象均可。
在类成员的内部，重载了 () 运算符：
void operator()(ARGS&&... args) const {
std::shared_ptr<CLASS> ptr(object_.lock());
if (ptr) {
function_(ptr.get(), std::forward<ARGS>(args)...);
}
}
其中，调用 object_ 变量的 lock() 方法尝试将其提升为强指针 shared_ptr，然后检查其有效性，判断该回调函数是否还健在，如果健在，则调用该回调函数，同时使用 std::forward 进行完美转发。完美转发是指在函数模板中，完全按照模板的参数的类型，即保持参数的左值、右值特征，将参数传递给函数模板中的另一个函数。
在类外，则定义了供常量对象和非常量对象使用的 makeWeakCallback() 函数，以返回 WeakCallback 对象。
Singleton
单例模式的实现
Singleton.h 主要实现了单例模式相关类。常见单例模式的实现主要分为以下几种：
懒汉式
懒汉式要求先声明单例对象，然后在调用时才完成实例化操作。
class Signleton {
public:
static Signleton* getInstance() {
if (instance == nullptr) {
instance = new Signleton();
}
return instance;
}
static void destory() {
if (instance != nullptr) {
delete instance;
instance = nullptr;
}
}
private:
Signleton() {}
static Signleton* instance;
};
Signleton* Signleton::instance = nullptr;
这种写法并没有考虑到多线程的情况，因此在多线程情况下可能产生多个实例对象，违背单例原则。
双检锁
为了解决 “懒汉式” 中存在的多线程问题，我们可以通过互斥锁来避免多个实例的创建。
class Signleton {
public:
static Signleton* getInstance() {
if (instance == nullptr) {
mutex.lock();
if(instance == nullptr) {
instance = new Signleton();
}
mutex.unlock();
}
return instance;
}
static void destory() {
if (instance != nullptr) {
delete instance;
instance = nullptr;
}
}
private:
Signleton() {}
static Signleton* instance;
static pthread_mutex_t mutex;
};
Signleton* Signleton::instance = nullptr;
pthread_mutex_t Signleton::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
进行两次判断以避免多次加锁和解锁操作，保证线程安全。这两次判空的意义如下：
- 第一层判空是为了提高效率，即当有一个线程 new 出来对象后，第二个线程就不用竞争第一个线程的对象锁而进行等待；
- 第二层判空是为了保证线程安全，防止多次实例化操作；
但是，如果该单例对象比较大，那么加锁操作就会成为一个性能瓶颈。
饿汉式
为了解决双检锁所存在的性能瓶颈问题，设计出了 “饿汉式” 的单例模式。饿汉式则要求单例对象的声明和实例化同时完成。
class Signleton {
public:
static Signleton* getInstance() {
return instance;
}
static void destory() {
if (instance != nullptr) {
delete instance;
instance = nullptr;
}
}
private:
Signleton() {}
static Signleton* instance;
};
Signleton* Signleton::instance = new Signleton();
因为单例对象的静态初始化是在程序开始之前，在静态资源区中已经初始化了实例对象，所以静态初始化也就保证了线程安全性。在性能要求较高时，可以采用这种方式，从而避免了频繁的加锁、解锁操作造成的资源浪费。
静态内部类
但是如果单例对象无需考虑销毁操作，单例对象的生命周期伴随着整个程序的生命周期，程序结束时，由操作系统自动回收资源。那么如果无需考虑销毁操作，则可以用静态内部类的方式进行实现：
class Signleton {
public:
static Signleton* getInstance() {
static Signleton instance;
return &instance;
}
private:
Signleton() {}
};
Singleton实现
在 muduo 的实现中，模板类 Singleton 的内部定义有两个静态成员变量：ponce_ 和 value_。其中，前者是 pthread_once_t 类型，以保证单例且线程安全。后者则是一个指针类型，指向单例对象。它们的初始化操作如下：
template<typename T>
pthread_once_t Singleton<T>::ponce_ = PTHREAD_ONCE_INIT;
template<typename T>
T* Singleton<T>::value_ = NULL;
类中的获取实例及初始化函数如下：
static T& instance() {
pthread_once(&ponce_, &Singleton::init);
assert(value_ != NULL);
return *value_;
}
static void init() {
value_ = new T();
if (!detail::has_no_destroy<T>::value){
::atexit(destroy);
}
}
其中，pthread_once() 保证 init() 函数只调用一次，避免多线程竞争，保证了线程安全。而 has_no_destroy<T> 则是为了判断该类型是否含有 no_destory() 函数，如果不存在，则调用 atexit() 注册 destroy() 函数，当程序正常终结时，调用指定的 destroy() 函数以回收资源。
其中的 has_no_destory<T> 定义如下，这是利用了 C++ 中的 SFINEA(Substitution failure is not an error) 机制，即 “匹配失败不是错误”。具体来说，就是当重载的模板参数展开时，如果展开导致一些类型不匹配，编译器并不报错。而正好可以利用该机制来判断类是否存在某个成员函数。
template<typename T>
struct has_no_destroy {
template <typename C> static char test(decltype(&C::no_destroy));
template <typename C> static int32_t test(...);
const static bool value = sizeof(test<T>(0)) == 1;
};
在 SFINEA 机制中，编译期会优先匹配最合适的函数，匹配失败后会找寻次一级的匹配函数，直到无法匹配到任何函数。而在如上代码中，调用静态变量 value 即可返回是否存在 no_destory() 函数的结果，而 value 的值则取决于 sizeof(test<T>(0)) == 1 这个表达式。
假如类中存在 no_destory() 函数，那么 decltype(&C::no_destory) 表达式会返回一个函数指针，该指针指向类中的 no_destory() 函数。此时 test<T>(0) 就会匹配为 char test() 函数，并返回 char，由于 sizeof(char) 为 1，所以 sizeof(test<T>(0) == 1 表达式会返回 true，表示存在该函数。
假如类中不存在该函数，那么在匹配函数 char test() 时就会匹配错误，进而选择次一级的匹配选项，即 int32_t test(...) 函数，由于该函数参数中为可变参数，所以可以接受任意类型的函数参数，test<T>(0) 与该函数匹配成功，进而返回 int32_t。最后由于 sizeof(int32_t) == 1 返回 false，则表示不存在该函数。
该类中的 destory() 函数如下：
static void destroy() {
typedef char T_must_be_complete_type[sizeof(T) == 0 ? -1 : 1];
T_must_be_complete_type dummy; (void) dummy;
delete value_;
value_ = NULL;
}
其中使用 typedef 关键字定义了一个数组类型，用于在编译期判断类型 T 是否是不完全类型，不完全类型指的是只有声明却没有定义的类，那么不完全类型在 delete 操作时也就无法调用析构函数，因此在 delete value_ 操作之前需要判断类型 T 是否为不完全类型。
如果是不完全类型，那么 sizeof(T) == 0 为真，数组大小为 -1，编译错误；如果是完全类型，那么 sizeof(T) == 0 为假，数组大小为 1，编译成功。
