Singleton模式是常用的設計模式之一，但是要實現一個真正實用的設計模式卻也不是件容易的事情。
1. 標準的實現
class Singleton
{
public:
static Singleton * Instance()
{
if( 0== _instance)
{
_instance = new Singleton;
}
return _instance;
}
protected:
Singleton(void)
{
}
virtual ~Singleton(void)
{
}
static Singleton* _instance;
};
這是教科書上使用的方法。看起來沒有什麼問題，其實包含很多的問題。下面我們一個一個的解決。
2. 自動垃圾回收
上面的程序必須記住在程序結束的時候，釋放內存。爲了讓它自動的釋放內存，我們引入auto_ptr改變它。
#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;
class Singleton
{
public:
static Singleton * Instance()
{
if( 0== _instance.get())
{
_instance.reset( new Singleton);
}
return _instance.get();
}
protected:
Singleton(void)
{
cout <<"Create Singleton"<<endl;
}
virtual ~Singleton(void)
{
cout << "Destroy Singleton"<<endl;
}
friend class auto_ptr<Singleton>;
static auto_ptr<Singleton> _instance;
};
//Singleton.cpp
auto_ptr<Singleton> Singleton::_instance;
3. 增加模板
在我的一個工程中，有多個的Singleton類，對Singleton類，我都要實現上面這一切，這讓我覺得煩死了。於是我想到了模板來完成這些重複的工作。
現在我們要添加本文中最吸引人單件實現：
/********************************************************************
(c) 2003-2005 C2217 Studio
Module: Singleton.h
Author: Yangjun D.
Created: 9/3/2005 23:17
Purpose: Implement singleton pattern
History:
*********************************************************************/
#pragma once
#include <memory>
using namespace std;
using namespace C2217::Win32;
namespace C2217
{
namespace Pattern
{
template <class T>
class Singleton
{
public:
static inline T* instance();
private:
Singleton(void){}
~Singleton(void){}
Singleton(const Singleton&){}
Singleton & operator= (const Singleton &){}
static auto_ptr<T> _instance;
};
template <class T>
auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;
template <class T>
inline T* Singleton<T>::instance()
{
if( 0== _instance.get())
{
_instance.reset ( new T);
}
return _instance.get();
}
//Class that will implement the singleton mode,
//must use the macro in it's delare file
#define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) /
friend class auto_ptr< type >;/
friend class Singleton< type >;
}
}
4. 線程安全
上面的程序可以適應單線程的程序。但是如果把它用到多線程的程序就會發生問題。主要的問題在於同時執行_instance.reset ( new T); 就會同時產生兩個新的對象，然後馬上釋放一個，這跟Singleton模式的本意不符。所以，你需要更加安全的版本：
/********************************************************************
(c) 2003-2005 C2217 Studio
Module: Singleton.h
Author: Yangjun D.
Created: 9/3/2005 23:17
Purpose: Implement singleton pattern
History:
*********************************************************************/
#pragma once
#include <memory>
using namespace std;
#include "Interlocked.h"
using namespace C2217::Win32;
namespace C2217
{
namespace Pattern
{
template <class T>
class Singleton
{
public:
static inline T* instance();
private:
Singleton(void){}
~Singleton(void){}
Singleton(const Singleton&){}
Singleton & operator= (const Singleton &){}
static auto_ptr<T> _instance;
static CResGuard _rs;
};
template <class T>
auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;
template <class T>
CResGuard Singleton<T>::_rs;
template <class T>
inline T* Singleton<T>::instance()
{
if( 0 == _instance.get() )
{
CResGuard::CGuard gd(_rs);
if( 0== _instance.get())
{
_instance.reset ( new T);
}
}
return _instance.get();
}
//Class that will implement the singleton mode,
//must use the macro in it's delare file
#define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) /
friend class auto_ptr< type >;/
friend class Singleton< type >;
}
}
CresGuard 類主要的功能是線程訪問同步,代碼如下：
/******************************************************************************
Module: Interlocked.h
Notices: Copyright (c) 2000 Jeffrey Richter
******************************************************************************/
#pragma once
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Instances of this class will be accessed by multiple threads. So,
// all members of this class (except the constructor and destructor)
// must be thread-safe.
class CResGuard {
public:
CResGuard() { m_lGrdCnt = 0; InitializeCriticalSection(&m_cs); }
~CResGuard() { DeleteCriticalSection(&m_cs); }
// IsGuarded is used for debugging
BOOL IsGuarded() const { return(m_lGrdCnt > 0); }
public:
class CGuard {
public:
CGuard(CResGuard& rg) : m_rg(rg) { m_rg.Guard(); };
~CGuard() { m_rg.Unguard(); }
private:
CResGuard& m_rg;
};
private:
void Guard() { EnterCriticalSection(&m_cs); m_lGrdCnt++; }
void Unguard() { m_lGrdCnt--; LeaveCriticalSection(&m_cs); }
// Guard/Unguard can only be accessed by the nested CGuard class.
friend class CResGuard::CGuard;
private:
CRITICAL_SECTION m_cs;
long m_lGrdCnt; // # of EnterCriticalSection calls
};
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
5. 實用方法
比如你有一個需要實現單件模式的類，就應該這樣實現：
#pragma once
#include "singleton.h"
using namespace C2217::Pattern;
class ServiceManger
{
public:
void Run()
{
}
private:
ServiceManger(void)
{
}
virtual ~ServiceManger(void)
{
}
DECLARE_SINGLETON_CLASS(ServiceManger);
};
typedef Singleton<ServiceManger> SSManger;
在使用的時候很簡單，跟一般的Singleton實現的方法沒有什麼不同。
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
SSManger::instance()->Run();
}
一個簡單的Singleton模式的實現，可以看到C++語言背後隱藏的豐富的語意，我希望有人能實現一個更好的Singleton讓大家學習。我從一開始實現Singleton類的過程，其實就是我學習C++的過程，越是深入越覺得C++了不起。
# re: C++完美實現Singleton模式 2005-09-21 00:31 mexo
評論
template <class T>
class Singleton
{
public:
static inline T& instance()
{
static T _instance;
return _instance;
}
private:
Singleton(void);
~Singleton(void);
Singleton(const Singleton<T>&);
Singleton<T>& operator= (const Singleton<T> &);
};
比我的實現簡單很多,並且也達到了同樣的效果,不佩服都不行.
這種方式並不是沒有多線程問題的
template <class T>
class Singleton {
public:
static T& instance() {
static T _instance;
return _instance;
}
protected:
Singleton(void) {}
virtual ~Singleton(void) {}
Singleton(const Singleton<T>&); //不實現
Singleton<T>& operator= (const Singleton<T> &); //不實現
};
--------------------------------
下面是一個需要做爲單例的類，只需從Singleton繼承即可
class Test : public Singleton<Test> {
public:
void foo();
private:
Test();
~Test();
friend class Singleton<Test>;
};
----------------------
這樣，別人在使用的時候，只需要寫
Test::instance().foo();
而再也不需要寫：
Singleton<Test>::instance().foo();
或者
typedef Singleton<Test> STest;
STest::instance().foo();
-----------------------------
《Double-Checked Locking,Threads,Compiler Optimizations,and More》（Scott Meyers）
主要意思就是在：_instance.reset ( new T);
在編譯器優化情況下，_instance先設了指針內容，然後再進行構造函數。如果有第二個線程這時候進行訪問，_instance內容爲非空，於是跳過了第一個if( 0 == _instance.get() )。但實際上對象還是沒有構造完整。
實際上我們多是先用
std::auto_ptr<T> _au(new T);
_instance = _au;
_instance = _au;
不一樣嗎？
if( 0 == _instance.get() )
{
CResGuard::CGuard gd(_rs);
if( 0== _instance.get())
{
_instance.reset ( new T);
}
如果把CResGuard::CGuard gd(_rs);放到第一句即可解決，但卻帶來了效率問題。這就是DCL要解決的內容