设计模式--单件模式

Singleton模式是常用的设计模式之一，但是要实现一个真正实用的设计模式却也不是件容易的事情。

 

1.标准的实现

class Singleton { public: static Singleton * Instance() { if( 0== _instance) { _instance = new Singleton; } return _instance; } protected: Singleton(void){} virtual ~Singleton(void){} static Singleton* _instance; };

 

这是教科书上使用的方法。看起来没有什么问题，其实包含很多的问题。下面我们一个一个的解决。

2.自动垃圾回收

上面的程序必须记住在程序结束的时候，释放内存。为了让它自动的释放内存，我们引入auto_ptr改变它。

#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

在我的一个工程中，有多个的Singleton类，对Singleton类，我都要实现上面这一切，这让我觉得烦死了。于是我想到了模板来完成这些重复的工作。

现在我们要添加本文中最吸引人单件实现：

/******************************************************************** (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. 线程安全

上面的程序可以适应单线程的程序。但是如果把它用到多线程的程序就会发生问题。主要的问题在于同时执行_instance.reset ( new T); 就会同时产生两个新的对象，然后马上释放一个，这跟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 类主要的功能是线程访问同步,代码如下： /****************************************************************************** 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.实用方法

比如你有一个需要实现单件模式的类，就应该这样实现：

#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; 在使用的时候很简单，跟一般的Singleton实现的方法没有什么不同。 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { SSManger::instance()->Run(); }

 

一个简单的Singleton模式的实现，可以看到C++语言背后隐藏的丰富的语意，我希望有人能实现一个更好的Singleton让大家学习。我从一开始实现Singleton类的过程，其实就是我学习C++的过程，越是深入越觉得C++了不起。

 

参考自：

http://www.cppblog.com/dyj057/archive/2005/09/20/346.aspx

http://wenku.baidu.com/view/e3db5cfe04a1b0717fd5dd32.html