[C++] - 單例模式 釋放資源 析構函數的應用

面試的時候被問到單例模式怎麼釋放資源,當時答的不太好。在網上查了下,找到一篇講解很精彩的博客,轉載一下。

本文轉自:http://blog.csdn.net/realxie/article/details/7090493

 

單例模式也稱爲單件模式、單子模式,可能是使用最廣泛的設計模式。其意圖是保證一個類僅有一個實例,並提供一個訪問它的全局訪問點,該實例被所有程 序模塊共享。有很多地方需要這樣的功能模塊,如系統的日誌輸出,GUI應用必須是單鼠標,MODEM的聯接需要一條且只需要一條電話線,操作系統只能有一 個窗口管理器,一臺PC連一個鍵盤。

單例模式有許多種實現方法,在C++中,甚至可以直接用一個全局變量做到這一點,但這樣的代碼顯的很不優雅。 使用全局對象能夠保證方便地訪問實例,但是不能保證只聲明一個對象——也就是說除了一個全局實例外,仍然能創建相同類的本地實例。

《設計模式》一書中給出了一種很不錯的實現,定義一個單例類,使用類的私有靜態指針變量指向類的唯一實例,並用一個公有的靜態方法獲取該實例。

單例模式通過類本身來管理其唯一實例,這種特性提供瞭解決問題的方法。唯一的實例是類的一個普通對象,但設計這個類時,讓它只能創建一個實例並提供 對此實例的全局訪問。唯一實例類Singleton在靜態成員函數中隱藏創建實例的操作。習慣上把這個成員函數叫做Instance(),它的返回值是唯 一實例的指針。

定義如下:

class CSingleton

{

//其他成員

public:

static CSingleton* GetInstance()

{

      if ( m_pInstance == NULL ) //判斷是否第一次調用

        m_pInstance = new CSingleton();

        return m_pInstance;

}

private:

    CSingleton(){};

    static CSingleton * m_pInstance;

};

用戶訪問唯一實例的方法只有GetInstance()成員函數。如果不通過這個函數,任何創建實例的嘗試都將失敗,因爲類的構造函數是私有的。 GetInstance()使用懶惰初始化,也就是說它的返回值是當這個函數首次被訪問時被創建的。這是一種防彈設計——所有GetInstance() 之後的調用都返回相同實例的指針:

CSingleton* p1 = CSingleton :: GetInstance();

CSingleton* p2 = p1->GetInstance();

CSingleton & ref = * CSingleton :: GetInstance();

對GetInstance稍加修改,這個設計模板便可以適用於可變多實例情況,如一個類允許最多五個實例。

 

單例類CSingleton有以下特徵:

它有一個指向唯一實例的靜態指針m_pInstance,並且是私有的;

它有一個公有的函數,可以獲取這個唯一的實例,並且在需要的時候創建該實例;

它的構造函數是私有的,這樣就不能從別處創建該類的實例。

 

大多數時候,這樣的實現都不會出現問題。有經驗的讀者可能會問,m_pInstance 指向的空間什麼時候釋放呢?更嚴重的問題是,該實例的析構函數什麼時候執行?

如果在類的析構行爲中有必須的操作,比如關閉文件,釋放外部資源,那麼上面的代碼無法實現這個要求。我們需要一種方法,正常的刪除該實例。

可以在程序結束時調用GetInstance(),並對返回的指針掉用delete操作。這樣做可以實現功能,但不僅很醜陋,而且容易出錯。因爲這 樣的附加代碼很容易被忘記,而且也很難保證在delete之後,沒有代碼再調用GetInstance函數。

一個妥善的方法是讓這個類自己知道在合適的時候把自己刪除,或者說把刪除自己的操作掛在操作系統中的某個合適的點上,使其在恰當的時候被自動執行。

我們知道,程序在結束的時候,系統會自動析構所有的全局變量。事實上,系統也會析構所有的類的靜態成員變量,就像這些靜態成員也是全局變量一樣。利 用這個特徵,我們可以在單例類中定義一個這樣的靜態成員變量,而它的唯一工作就是在析構函數中刪除單例類的實例。如下面的代碼中的CGarbo類 (Garbo意爲垃圾工人):

class CSingleton

{

//其他成員

public:

static CSingleton* GetInstance();

private:

    CSingleton(){};

    static CSingleton * m_pInstance;

    class CGarbo //它的唯一工作就是在析構函數中刪除CSingleton的實例

    {

        public:

            ~CGarbo()

            {

                if( CSingleton::m_pInstance )

                  delete CSingleton::m_pInstance;

            }

     }

        Static CGabor Garbo; //定義一個靜態成員,程序結束時,系統會自動調用它的析構函數
};

類CGarbo被定義爲CSingleton的私有內嵌類,以防該類被在其他地方濫用。

程序運行結束時,系統會調用CSingleton的靜態成員Garbo的析構函數,該析構函數會刪除單例的唯一實例。

使用這種方法釋放單例對象有以下特徵:

在單例類內部定義專有的嵌套類;

在單例類內定義私有的專門用於釋放的靜態成員;

利用程序在結束時析構全局變量的特性,選擇最終的釋放時機;

使用單例的代碼不需要任何操作,不必關心對象的釋放。

(出處:http://hi.baidu.com/csudada/blog/item/208fb0f56bb61266dcc47466.html)

 

進一步的討論

但是添加一個類的靜態對象,總是讓人不太滿意,所以有人用如下方法來重現實現單例和解決它相應的問題,代碼如下:

class CSingleton

{

    //其他成員

    public:

        static Singleton &GetInstance()

{

    static Singleton instance;

    return instance;

}

        private:

            Singleton() {};

};

使用局部靜態變量,非常強大的方法,完全實現了單例的特性,而且代碼量更少,也不用擔心單例銷燬的問題。

但使用此種方法也會出現問題,當如下方法使用單例時問題來了,

Singleton singleton = Singleton :: GetInstance();

這麼做就出現了一個類拷貝的問題,這就違背了單例的特性。產生這個問題原因在於:編譯器會爲類生成一個默認的構造函數,來支持類的拷貝。

最後沒有辦法,我們要禁止類拷貝和類賦值,禁止程序員用這種方式來使用單例,當時領導的意思是GetInstance()函數返回一個指針而不是返 回一個引用,函數的代碼改爲如下:

static Singleton *GetInstance()

{

static Singleton instance;

return &instance;

}

但我總覺的不好,爲什麼不讓編譯器不這麼幹呢。這時我纔想起可以顯示的生命類拷貝的構造函數,和重載 = 操作符,新的單例類如下:

class Singleton

{

    //其他成員

    public:

        static Singleton &GetInstance()

{

    static Singleton instance;

    return instance;

}

        private:

            Singleton() {};

            Singleton(const Singleton);

            Singleton & operate = (const Singleton&);

};

關於Singleton(const Singleton); 和 Singleton & operate = (const Singleton&); 函數,需要聲明成私用的,並且只聲明不實現。這樣,如果用上面的方式來使用單例時,不管是在友元類中還是其他的,編譯器都是報錯。

不知道這樣的單例類是否還會有問題,但在程序中這樣子使用已經基本沒有問題了。

(出處:http://snailbing.blogbus.com/logs/45398975.html

 

優化Singleton類,使之適用於單線程應用

Singleton使用操作符new爲唯一實例分配存儲空間。因爲new操作符是線程安全的,在多線程應用中你可以使用此設計模板,但是有一個缺 陷:就是在應用程序終止之前必須手工用delete摧毀實例。否則,不僅導致內存溢出,還要造成不可預測的行爲,因爲Singleton的析構函數將根本 不會被調用。而通過使用本地靜態實例代替動態實例,單線程應用可以很容易避免這個問題。下面是與上面的GetInstance()稍有不同的實現,這個實 現專門用於單線程應用:

CSingleton* CSingleton :: GetInstance()

{

    static CSingleton inst;

    return &inst;

}

本地靜態對象實例inst是第一次調用GetInstance()時被構造,一直保持活動狀態直到應用程序終止,指針m_pInstance變得多 餘並且可以從類定義中刪除掉,與動態分配對象不同,靜態對象當應用程序終止時被自動銷燬掉,所以就不必再手動銷燬實例了。

 

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