C++設計模式之Singleton

一、功能

保證一個類只能產生一個實例。

二、結構圖

暫無

三、優缺點

　Singleton模式是做爲”全局變量”的替代品出現的。所以它具有全局變量的特點：全局可見、貫穿應用程序的整個生命期，它也具有全局變量不具備的性質：同類型的對象實例只可能有一個。

四、代碼示例

教科書上的Singleton定義如下：

class Singleton
{
    public:
    static Singleton* Instance() ;
    protected:
    Singleton() {}
    private:
    static Singleton *_instance ;
    Singleton(const Singleton&) ;
    Singleton& operator=(const Singleton&) ;
} ;
Singleton* Singleton::_instance = NULL ;
Singleton* Singleton::Instance()
{
    (_instance == NULL) ? _instance = new Singleton() : 0 ; //lazy initialization第一次訪問時才創建
    return _instance ;
}

(1)因爲返回的是指針，爲防止用戶調用delete函數，可把static Singleton *_instance；改爲在Instance()中定義static Singleton _instance。這樣顯然更安全，同時也具有lazy initialization的特性(即第一次訪問時才創建)。
(2)假設需要從Singleton派生子類，而子類也需要有同樣的性質，既只能創建一個實例。我覺得，這很難辦。根本原因在於Instance()函數不是虛函數，不具有多態的性質。一種常用方法是把Instance()函數移到子類中，這時就只能用static Singleton *_instance，而不能用static Singleton _instance了，除非把_instance也要移到子類，無論怎麼做都不優雅。另一種方法是用模板。具體用什麼方法，只能根據實際情況權衡。

　(1)沒子類的情況
namespace DesignPattern_Singleton
{
class Singleton
{
    public:
    static Singleton* Instance() { static Singleton _instance ; return &_instance ; }
    protected:
    Singleton() {}
    private:
    Singleton(const Singleton&) ;
    Singleton& operator=(const Singleton&) ;
} ;
}
客戶端代碼：
{
using namespace DesignPattern_Singleton ;
Singleton *p = Singleton::Instance() ;
......
}
　　(2)有子類的情況 
方法一：
namespace DesignPattern_Singleton
{
// class Singleton
class Singleton
{
protected:
Singleton() {}
static Singleton *_instance ;
private:
Singleton(const Singleton&) ;
Singleton& operator=(const Singleton&) ;
} ;
Singleton* Singleton::_instance = NULL ;
// class ConcreteSingleton
class ConcreteSingleton : public Singleton
{
public:
static Singleton* Instance() ;
protected:
ConcreteSingleton() {}
} ;
Singleton* ConcreteSingleton::Instance()
{
(_instance == NULL) ? _instance = new ConcreteSingleton() : 0 ; 
return _instance ;
}
}
客戶端代碼：
{
using namespace DesignPattern_Singleton ;
Singleton *p = ConcreteSingleton::Instance() ;
}
方法二：
namespace DesignPattern_Singleton
{
// class Singleton
class Singleton
{
protected:
Singleton() {}
private:
Singleton(const Singleton&) ;
Singleton& operator=(const Singleton&) ;
} ;
// class ConcreteSingleton
class ConcreteSingleton : public Singleton
{
public:
static Singleton* Instance() { static ConcreteSingleton _instance ; return &_instance ; }
protected:
ConcreteSingleton() {}
} ;
}
客戶端代碼：
{
using namespace DesignPattern_Singleton ;
Singleton *p = ConcreteSingleton::Instance() ;
}
方法三：
namespace DesignPattern_Singleton
{
template < class T >
class Singleton
{
public:
static T* Instance() { static T _instance ; return &_instance ; }
protected:
Singleton() {}
private:
Singleton(const Singleton &) ;
Singleton& operator=(const Singleton&) ;
} ;
class ConcreteSingleton : public Singleton< ConcreteSingleton > {} ;
}
客戶端代碼
{
using namespace DesignPattern_Singleton ;
ConcreteSingleton *p = ConcreteSingleton::Instance() ;
}