設計模式入門：單例模式 Singleton Pattern
閱讀時間約 1 分鐘
在軟體開發中，有些時候我們需要確保某個類別在整個應用程式中只存在一個實例。例如當我們開發一個設定管理器時，需要保證在整個程式執行期間，所有的設定讀取和修改都要經由同一個物件。這時候單例模式就派上用場了。
什麼是單例模式？
單例模式是一種設計模式，用來確保一個類別在程式中只會有一個實例，並且提供一個全域性都能存取的方式。簡單來說就是你在應用程式的任何地方，拿到的都是同一個「唯一的」物件。
想像你有一個應用程式的設定管理器，用來儲存資料庫連線、檔案路徑、環境變數等設定。這些設定必須被全域存取，而且不應該隨意更動。單例模式就能確保這個管理器只有一個實例，避免因為多個實例而導致設定不一致的問題。
單例模式的應用場景
單例模式應用的場景很廣泛，例如：設定管理器用來管理應用程式的各種設定，確保每次存取的都是相同的設定資料。應用在日誌系統，集中處理應用程式中的日誌記錄，保證日誌記錄的一致性。或者應用在資源管理，比如資料庫連線或檔案系統的資源管理，確保資源的單一實例存取。
單例模式的優缺點
單例模式有個很大的優點，就是它能確保某個類別在整個應用程式中只有一個實例，這讓管理全域性資源變得簡單又有效。另外單例模式還能延遲實例化，也就是說只有當你第一次需要它時才會建立這個實例，節省了系統資源。
單例模式也有缺點，它是全域變數的狀態，這讓程式在多執行緒環境下同時執行時，可能會產生預期外的狀況，導致程式比較難測試和排除錯誤。另外單例模式讓一個類別承擔了太多責任，不僅要建立實例，還要管理它的狀態和行為，這有可能讓類別變得過於複雜。因此在使用單例模式時需要慎重考量，以避免後續維護困難。
總結一下，單例模式在需要確保唯一實例的場景中是一個強大而有效的工具，也需謹慎使用。它適合於設定管理器、日誌系統、資源管理等需要單一實例的情況。如果應用得當，單例模式可以幫助你保持程式的穩定性和一致性。
如果想要深入理解設計模式，可以參考我今年在iThome鐵人賽撰寫的文章。
https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10347025
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※ 生產者和消費者模式
定義：
生產者和消費者在同一時間內共同存取某一個資料空間。生產者負責生成數據並將其放入共享空間，消費者負責從共享空間中取走數據進行處理。兩者之間互不相干，也不須互相知道對方的存在。
共同存取資料空間：生產者和消費者共享同一個資料空間。這個空間通常是緩衝區或隊列，用於在它
※ 工廠模式
定義：
工廠模式是一種實現了「工廠」概念的物件導向設計模式。它提供一個通用的工廠介面，將創建instance（實例）的程式碼交由子類別各自實現，並根據需求去動態地生成相應的物件。這種模式將物件的創建邏輯與使用邏輯分開，使程式碼更容易維護和擴展。
特點：
具有高度標準化和同質性的
※ 單例模式介紹
※ 定義：單例模式是一種設計模式，確保一個class（類）只有一個實例，並提供一個存取它的全域存取點。無論如何取值，皆只對這個實例取值。
※ 目的：保證一個類別只會產生一個物件，而且提供存取該物件的統一方法。
※ 講解：單例模式確保一個類無論怎麼 new 或 get，都只能拿
※ 設計模式的五大精神介紹（S.O.L.I.D）：
※ 第一大精神 — S：單一職責原則（Single responsibility principle, SRP）
※ 定義：
每個物件，不管是類別或函數，都應該只負責一項功能。
當需求改變時，僅需改相關的區域，而不需要更動其他不相關的部分
先前學到自定函式的使用方法，那如果在一個很龐大的程式架構中發散了一推自定函式，有沒有辦法可以整理一下，讓程式結構整齊又簡潔呢?
可以使用裝飾器staticmethod 定義靜態方法，全部整理到一個類別去，想像成是一個工具箱的概念，工具箱就是類別，靜態方法就像是裡面的工具一樣。
題目敘述
題目會給我們一組定義好的界面和需求，要求我們設計一個資料結構，可以滿足平均O(1)的插入元素、刪除元素、隨機取得元素的操作。
RandomizedSet() 類別建構子
bool insert(int val) 插入元素的function界面
bool remove(int val
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