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C++完美實現Singleton模式

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。
標準的實現

1 class Singleton
2 {
3 public:
4        static Singleton * Instance()
5        {
6               if( 0== _instance)
7               {
8                      _instance = new Singleton;
9               }
10               return _instance;
11        }
12 protected:
13        Singleton(void)
14        {
15        }
16        virtual ~Singleton(void)
17        {
18        }
19        static Singleton* _instance;
20 };

這是教科書上使用的方法。看起來沒有什么問題，其實包含很多的問題。下面我們一個一個的解決。

問題一  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。為了讓它自動的釋放內存，我們引入auto_ptr改變它。

1 #include <memory>
2 #include <iostream>
3 using namespace std;
4 class Singleton
5 {
6 public:
7        static Singleton * Instance()
8        {
9               if( 0== _instance.get())
10               {
11                      _instance.reset( new Singleton);
12               }
13               return _instance.get();
14        }
15 protected:
16        Singleton(void)
17        {
18               cout <<"Create Singleton"<<endl;
19        }
20        virtual ~Singleton(void)
21        {
22               cout << "Destroy Singleton"<<endl;
23        }
24        friend class auto_ptr<Singleton>;
25        static auto_ptr<Singleton> _instance;
26 };
27 //Singleton.cpp
28 auto_ptr<Singleton> Singleton::_instance;

問題二  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。于是我想到了模板來完成這些重
復的工作。
現在我們要添加本文中最吸引人單件實現：
 1 #include <memory>
 2 using namespace std;
 3 using namespace C2217::Win32;
 4  
 5 namespace C2217
 6 {
 7 namespace Pattern
 8 {
 9 template <class T>
10 class Singleton
11 {
12 public:
13        static inline T* instance();
14       
15 private:
16        Singleton(void){}
17        ~Singleton(void){}
18        Singleton(const Singleton&){}
19        Singleton & operator= (const Singleton &){}
20  
21        static auto_ptr<T> _instance;
22 };
23  
24 template <class T>
25 auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;
26  
27 template <class T>
28  inline T* Singleton<T>::instance()
29 {
30        if( 0== _instance.get())
31        {
32               _instance.reset ( new T);
33        }
34       
35        return _instance.get();
36 }
37  
38 //Class that will implement the singleton mode,
39 //must use the macro in it's delare file
40 #define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) \
41        friend class auto_ptr< type >;\
42        friend class Singleton< type >;
43 }
44 }
問題三  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。主要的問題在于同時執行_instance.reset ( new T); 
就會同時產生兩個新的對象，然后馬上釋放一個，這跟Singleton模式的本意不符。所以，你需要更加安全的版本：
 1 #include <memory>
 2 using namespace std;
 3 #include "Interlocked.h"
 4 using namespace C2217::Win32;
 5  
 6 namespace C2217
 7 {
 8 namespace Pattern
 9 {
10 template <class T>
11 class Singleton
12 {
13 public:
14        static inline T* instance();
15       
16 private:
17        Singleton(void){}
18        ~Singleton(void){}
19        Singleton(const Singleton&){}
20        Singleton & operator= (const Singleton &){}
21  
22        static auto_ptr<T> _instance;
23        static CResGuard _rs;
24 };
25  
26 template <class T>
27 auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;
28  
29 template <class T>
30 CResGuard Singleton<T>::_rs;
31  
32 template <class T>
33  inline T* Singleton<T>::instance()
34 {
35        if( 0 == _instance.get() )
36        {
37               CResGuard::CGuard gd(_rs);
38               if( 0== _instance.get())
39               {
40                      _instance.reset ( new T);
41               }
42        }
43        return _instance.get();
44 }
45  
46 //Class that will implement the singleton mode,
47 //must use the macro in it's delare file
48 #define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) \
49        friend class auto_ptr< type >;\
50        friend class Singleton< type >;
51 }
52 }
CresGuard 類主要的功能是線程訪問同步,代碼如下：

1 class CResGuard {
2 public:
3    CResGuard()  { m_lGrdCnt = 0; InitializeCriticalSection(&m_cs); }
4    ~CResGuard() { DeleteCriticalSection(&m_cs); }
5
6    // IsGuarded is used for debugging
7    BOOL IsGuarded() const { return(m_lGrdCnt > 0); }
8
9 public:
10    class CGuard {
11    public:
12       CGuard(CResGuard& rg) : m_rg(rg) { m_rg.Guard(); };
13       ~CGuard() { m_rg.Unguard(); }
14
15    private:
16       CResGuard& m_rg;
17    };
18
19 private:
20    void Guard()   { EnterCriticalSection(&m_cs); m_lGrdCnt++; }
21    void Unguard() { m_lGrdCnt--; LeaveCriticalSection(&m_cs); }
22
23    // Guard/Unguard can only be accessed by the nested CGuard class.
24    friend class CResGuard::CGuard;
25
26 private:
27    CRITICAL_SECTION m_cs;
28    long m_lGrdCnt;   // # of EnterCriticalSection calls
29 };

問題四實用方法

比如你有一個需要實現單件模式的類，就應該這樣實現：

1 #include "singleton.h"
2 using namespace C2217::Pattern;
3
4 class ServiceManger
5 {
6 public:
7        void Run()
8        {
9        }
10 private:
11        ServiceManger(void)
12        {
13        }
14        virtual ~ServiceManger(void)
15        {
16        }
17        DECLARE_SINGLETON_CLASS(ServiceManger);
18 };
19
20 typedef Singleton<ServiceManger> SSManger;

在使用的時候很簡單，跟一般的Singleton實現的方法沒有什么不同。

1 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
2 {
3 SSManger::instance()->Run();
4 }

一個簡單的Singleton模式的實現，可以看到C++語言背后隱藏的豐富的語意，我希望有人能實現一個更好的Singleton讓大家學習。

posted @ 2012-11-09 14:10 Beatles 閱讀(1727) | 評論 (2) | 編輯收藏

C++將字符串轉換成數字

1 int changestr(char* str)
2 {
3        int len = strlen(str);
4        int sum = 0;
5        float carry = 1.0/10;
6        for(int i=0; i<len; i++)
7        {
8               carry *= 10;
9               sum += (str[len-1-i]-'0')*carry;
10        }
11        return sum;
12 }

其中sum為carry為當前位之前的值。

str[len-1-i]-'0'是表示將字符的ascii碼減去0的ascii碼，最后出來的數字就是需要的數字。

每次*10的話就把當前位往前移了。

*改進了算法，增加了支持負數，以及碰到有問題的字符就會throw exception

posted @ 2012-11-09 10:06 Beatles 閱讀(2040) | 評論 (0) | 編輯收藏

二叉樹的三種遍歷(遞歸算法)

1 struct Node
2 {
3     int data;
4     Node* lchild;
5     Node* rchild;
6 }
7 void preorder(Node* parent)
8 {
9     if (parent!=NULL)
10     {
11         cout<<parent->data<<endl;
12         preorder(parent->lchild);
13         preorder(parent->rchild);
14     }
15 }
16 void inorder(Node* parent)
17 {
18     if (parent!=NULL)
19     {
20         inorder(parent->lchild);
21         cout<<parent->data<<endl;
22         inorder(parent->rchild);
23     }
24 }
25 void postorder(Node* parent)
26 {
27     if (parent!=NULL)
28     {
29         postorder(parent->lchild);
30         postorder(parent->rchild);
31         cout<<parent->data<<endl;
32     }
33 }

重新又看了一遍二叉樹(Binary Tree)，發現很多東西自己還沒有弄明白，原來三種遍歷方式還不是自己想象中的那樣

前序遍歷(PreOrder)是先輸出自己，然后左，最后右。

中序遍歷(InOrder)是先左，再輸出自己，最后右。

后序遍歷(PostOrder)是先左，再右，最后輸出自己。

所謂的XX遍歷就是指把自己放在哪個優先位置上，而不是指從哪里開始遍歷。

算下來其實搜索匹配也可以用這個方法，基本上就是以遞歸形成的。

另外還需要研究一下DFS(Depth First Search)以及BFS(Breadth First Search)的算法。

posted @ 2012-11-09 10:04 Beatles 閱讀(1160) | 評論 (0) | 編輯收藏

C++中的單例模式

單例模式也稱為單件模式、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，并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，如系統的日志輸出，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，并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，這種特性提供了解決問題的方法。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并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：

1 class CSingleton
2
3 {
4
5 //其他成員
6
7 public:
8
9 static CSingleton* GetInstance()
10
11 {
12
13       if ( m_pInstance == NULL )  //判斷是否第一次調用
14
15         m_pInstance = new CSingleton();
16
17         return m_pInstance;
18
19 }
20
21 private:
22
23     CSingleton(){};
24
25     static CSingleton * m_pInstance;
26
27 };

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，因為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()之后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于可變多實例情況，如一個類允許最多五個實例。

單例類CSingleton有以下特征：

它有一個指向唯一實例的靜態指針m_pInstance，并且是私有的；

它有一個公有的函數，可以獲取這個唯一的實例，并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指向的空間什么時候釋放呢？更嚴重的問題是，該實例的析構函數什么時候執行？

如果在類的析構行為中有必須的操作，比如關閉文件，釋放外部資源，那么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()，并對返回的指針掉用delete操作。這樣做可以實現功能，但不僅很丑陋，而且容易出錯。因為這樣的附加代碼很容易被忘記，而且也很難保證在delete之后，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。利用這個特征，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意為垃圾工人）：

1 class CSingleton
2
3 {
4
5 //其他成員
6
7 public:
8
9 static CSingleton* GetInstance();
10
11 private:
12
13     CSingleton(){};
14
15     static CSingleton * m_pInstance;
16
17 class CGarbo //它的唯一工作就是在析構函數中刪除CSingleton的實例
18
19 {
20
21         public:
22
23             ~CGarbo()
24
25             {
26
27                 if( CSingleton::m_pInstance )
28
29                   delete CSingleton::m_pInstance;
30
31 }
32
33          }
34
35         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
36
37 }；

類CGarbo被定義為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征：

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于釋放的靜態成員；

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

1 class CSingleton
2
3 {
4
5     //其他成員
6
7     public:
8
9         static Singleton &GetInstance()
10
11 {
12
13     static Singleton instance;
14
15     return instance;
16
17 }
18
19         private:
20
21             Singleton() {};
22
23 };

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，也不用擔心單例銷毀的問題。

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();

這么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于：編譯器會為類生成一個默認的構造函數，來支持類的拷貝。

最后沒有辦法，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，函數的代碼改為如下：

1 static Singleton *GetInstance()
2
3 {
4
5 static Singleton instance;
6
7 return &instance;
8
9 }

但我總覺的不好，為什么不讓編譯器不這么干呢。這時我才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：

1 class Singleton
2
3 {
4
5     //其他成員
6
7     public:
8
9         static Singleton &GetInstance()
10
11 {
12
13     static Singleton instance;
14
15     return instance;
16
17 }
18
19         private:
20
21             Singleton() {};
22
23             Singleton(const Singleton);
24
25             Singleton & operate = (const Singleton&);
26
27 };

關于Singleton(const Singleton); 和 Singleton & operate = (const Singleton&); 函數，需要聲明成私用的，并且只聲明不實現。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，使之適用于單線程應用

Singleton使用操作符new為唯一實例分配存儲空間。因為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為，因為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，這個實現專門用于單線程應用：

1 CSingleton* CSingleton :: GetInstance()
2
3 {
4
5 static CSingleton inst；
6
7 return &inst；
8
9 }

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變得多余并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毀掉，所以就不必再手動銷毀實例了。

（出處：http://blog.csdn.net/pingnanlee/archive/2009/04/20/4094313.aspx）

代碼學習（從http://apps.hi.baidu.com/share/detail/32113057引用）

  1 #include <iostream>
  2
  3 using namespace std;
  4
  5 //單例類的C++實現
  6
  7 class Singleton
  8
  9 {
10
11 private:
12
13        Singleton();//注意:構造方法私有
14
15
16
17        static Singleton* instance;//惟一實例
18
19        int var;//成員變量(用于測試)
20
21 public:
22
23        static Singleton* GetInstance();//工廠方法(用來獲得實例)
24
25        int getVar();//獲得var的值
26
27        void setVar(int);//設置var的值
28
29        virtual ~Singleton();
30
31 };
32
33 //構造方法實現
34
35 Singleton::Singleton()
36
37 {
38
39        this->var = 20;
40
41        cout<<"Singleton Constructor"<<endl;
42
43 }
44
45 Singleton::~Singleton()
46
47 {
48
49        cout<<"Singleton Destructor"<<endl;
50
51        //delete instance;
52
53 }
54
55 //初始化靜態成員
56
57 /*Singleton* Singleton::instance=NULL;
58
59 Singleton* Singleton::GetInstance()
60
61 {
62
63        if(NULL==instance)
64
65               instance=new Singleton();
66
67        return instance;
68
69 }*/
70
71 Singleton* Singleton::instance=new Singleton;
72
73 Singleton* Singleton::GetInstance()
74
75 {
76
77        return instance;
78
79 }
80
81 //seter && getter含數
82
83 int Singleton::getVar()
84
85 {
86
87        return this->var;
88
89 }
90
91 void Singleton::setVar(int var)
92
93 {
94
95        this->var = var;
96
97 }
98
99 //main
100
101 void main()
102
103 {
104
105        Singleton *ton1 = Singleton::GetInstance();
106
107        Singleton *ton2 = Singleton::GetInstance();
108
109       if(ton1==ton2)
110
111               cout<<"ton1==ton2"<<endl;
112
113        cout<<"ton1 var = "<<ton1->getVar()<<endl;
114
115        cout<<"ton2 var = "<<ton2->getVar()<<endl;
116
117        ton1->setVar(150);
118
119        cout<<"ton1 var = "<<ton1->getVar()<<endl;
120
121        cout<<"ton2 var = "<<ton2->getVar()<<endl;
122
123        delete Singleton::GetInstance();//必須顯式地刪除
124
125 }

posted @ 2012-11-08 14:27 Beatles 閱讀(822) | 評論 (1) | 編輯收藏

C++中經典的單向鏈表反轉

1 struct linka {
2 int data;
3 linka* next;
4 };
5 void reverse(linka*& head) {
6 if(head ==NULL)
7     return;
8 linka *pre, *cur, *ne;
9 pre=head;
10 cur=head->next;
11 while(cur)
12 {
13    ne = cur->next;
14    cur->next = pre;
15    pre = cur;
16    cur = ne;
17 }
18 head->next = NULL;
19 head = pre;
20 }

其中比較難理解的是linka*& head，傳入的其實就是linka *的類型就可以了，linka *是表示linka類型的指針，&表示head的地址，也就是linka的指針

另外需要熟悉的是head->next，其實有點像C#中的head.Next，就是structure中的一個屬性.

首先定義3個指針，分別是前中后，然后當中間那個指針非空，就是當前不是空，就做循環里的事情

注意的是這個算法里面next是在循環里面賦值的

每次循環都把current指向previous了，然后大家都往后移一個，next=current->next必須在current改變方向之前做，否則改變了方向之后current的next就變成previous了。

最后跳出循環之后，將header的next首先置空，因為head變成了最后一個node了。然后head就變成了previous，因為當時 current和next都為NULL了，只有previous為最后一個節點（或者說這時候應該是第一個非空節點，也就是head）

終于把整個算法理解了一遍，最后想想其實挺簡單，但是能用c++寫出來也不太容易，特別是在面試的時候。

再增加一個遞歸的單鏈表反轉的方法：

1 static link ReverseLink3(link pNode)   // using recursion
2         {
3             if (pNode.next == null)
4                 return pNode;
5             link pNext = pNode.next;
6             link head = ReverseLink3(pNext);
7             pNext.next = pNode;
8             pNode.next = null;
9             return head;
10         }

posted @ 2012-11-08 14:15 Beatles 閱讀(1194) | 評論 (0) | 編輯收藏

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