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(shè)計(jì)模式。其意圖是保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例,并提供一個(gè)訪問它的全局訪問點(diǎn),該實(shí)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(tǒng)的日志輸出,GUI應(yīng)用必須是單鼠標(biāo),MODEM的聯(lián)接需要一條且只需要一條電話線,操作系統(tǒng)只能有一個(gè)窗口 管理器,一臺(tái)PC連一個(gè)鍵盤。
單例模式有許多種實(shí)現(xiàn)方法,在C++中,甚至可以直接用一個(gè)全局變量做到這一點(diǎn),但這樣的代碼顯的很不優(yōu)雅。 使用全局對(duì)象能夠保證方便地訪問實(shí)例,但是不能保證只聲明一個(gè)對(duì)象——也就是說除了一個(gè)全局實(shí)例外,仍然能創(chuàng)建相同類的本地實(shí)例。
《設(shè)計(jì)模式》一書中給出了一種很不錯(cuò)的實(shí)現(xiàn),定義一個(gè)單例類,使用類的私有靜態(tài)指針變量指向類的唯一實(shí)例,并用一個(gè)公有的靜態(tài)方法獲取該實(shí)例。
單例模式通過類本身來管理其唯一實(shí)例,這種特性提供了解決問題的方法。唯一的實(shí)例是類的一個(gè)普通對(duì)象,但設(shè)計(jì)這個(gè)類時(shí),讓它只能創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例并提供 對(duì)此實(shí)例的全局訪問。唯一實(shí)例類Singleton在靜態(tài)成員函數(shù)中隱藏創(chuàng)建實(shí)例的操作。習(xí)慣上把這個(gè)成員函數(shù)叫做Instance(),它的返回值是唯 一實(shí)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(diào)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(shí)例的方法只有GetInstance()成員函數(shù)。如果不通過這個(gè)函數(shù),任何創(chuàng)建實(shí)例的嘗試都將失敗,因?yàn)轭惖臉?gòu)造函數(shù)是私有的。GetInstance()使用懶惰初始化,也就是說它的返回值是當(dāng)這個(gè)函數(shù)首次被訪問時(shí)被創(chuàng)建的。這是一種防彈設(shè)計(jì)——所有GetInstance()之后的調(diào)用都返回相同實(shí)例的指針:
CSingleton* p1 = CSingleton :: GetInstance();
CSingleton* p2 = p1->GetInstance();
CSingleton & ref = * CSingleton :: GetInstance();
對(duì)GetInstance稍加修改,這個(gè)設(shè)計(jì)模板便可以適用于可變多實(shí)例情況,如一個(gè)類允許最多五個(gè)實(shí)例。
單例類CSingleton有以下特征:
它有一個(gè)指向唯一實(shí)例的靜態(tài)指針m_pInstance,并且是私有的;
它有一個(gè)公有的函數(shù),可以獲取這個(gè)唯一的實(shí)例,并且在需要的時(shí)候創(chuàng)建該實(shí)例;
它的構(gòu)造函數(shù)是私有的,這樣就不能從別處創(chuàng)建該類的實(shí)例。
大多數(shù)時(shí)候,這樣的實(shí)現(xiàn)都不會(huì)出現(xiàn)問題。有經(jīng)驗(yàn)的讀者可能會(huì)問,m_pInstance指向的空間什么時(shí)候釋放呢?更嚴(yán)重的問題是,該實(shí)例的析構(gòu)函數(shù)什么時(shí)候執(zhí)行?
如果在類的析構(gòu)行為中有必須的操作,比如關(guān)閉文件,釋放外部資源,那么上面的代碼無法實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求。我們需要一種方法,正常的刪除該實(shí)例。
可以在程序結(jié)束時(shí)調(diào)用GetInstance(),并對(duì)返回的指針掉用delete操作。這樣做可以實(shí)現(xiàn)功能,但不僅很丑陋,而且容易出錯(cuò)。因?yàn)檫@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(diào)用GetInstance函數(shù)。
一個(gè)妥善的方法是讓這個(gè)類自己知道在合適的時(shí)候把自己刪除,或者說把刪除自己的操作掛在操作系統(tǒng)中的某個(gè)合適的點(diǎn)上,使其在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候被自動(dòng)執(zhí)行。
我們知道,程序在結(jié)束的時(shí)候,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)析構(gòu)所有的全局變量。事實(shí)上,系統(tǒng)也會(huì)析構(gòu)所有的類的靜態(tài)成員變量,就像這些靜態(tài)成員也是全局變量一樣。利用這個(gè)特征,我們可以在單例類中定義一個(gè)這樣的靜態(tài)成員變量,而它的唯一工作就是在析構(gòu)函數(shù)中刪除單例類的實(shí)例。如下面的代碼中的CGarbo類(Garbo意為垃圾工人):
1 class CSingleton
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3 {
4
5 //其他成員
6
7 public:
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9 static CSingleton* GetInstance();
10
11 private:
12
13 CSingleton(){};
14
15 static CSingleton * m_pInstance;
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17 class CGarbo //它的唯一工作就是在析構(gòu)函數(shù)中刪除CSingleton的實(shí)例
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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(gè)靜態(tài)成員,程序結(jié)束時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)
36
37 };
類CGarbo被定義為CSingleton的私有內(nèi)嵌類,以防該類被在其他地方濫用。
程序運(yùn)行結(jié)束時(shí),系統(tǒng)會(huì)調(diào)用CSingleton的靜態(tài)成員Garbo的析構(gòu)函數(shù),該析構(gòu)函數(shù)會(huì)刪除單例的唯一實(shí)例。
使用這種方法釋放單例對(duì)象有以下特征:
在單例類內(nèi)部定義專有的嵌套類;
在單例類內(nèi)定義私有的專門用于釋放的靜態(tài)成員;
利用程序在結(jié)束時(shí)析構(gòu)全局變量的特性,選擇最終的釋放時(shí)機(jī);
使用單例的代碼不需要任何操作,不必關(guān)心對(duì)象的釋放。
(出處:http://hi.baidu.com/csudada/blog/item/208fb0f56bb61266dcc47466.html)
進(jìn)一步的討論
但是添加一個(gè)類的靜態(tài)對(duì)象,總是讓人不太滿意,所以有人用如下方法來重現(xiàn)實(shí)現(xiàn)單例和解決它相應(yīng)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(tài)變量,非常強(qiáng)大的方法,完全實(shí)現(xiàn)了單例的特性,而且代碼量更少,也不用擔(dān)心單例銷毀的問題。
但使用此種方法也會(huì)出現(xiàn)問題,當(dāng)如下方法使用單例時(shí)問題來了,
Singleton singleton = Singleton :: GetInstance();
這么做就出現(xiàn)了一個(gè)類拷貝的問題,這就違背了單例的特性。產(chǎn)生這個(gè)問題原因在于:編譯器會(huì)為類生成一個(gè)默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù),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(dāng)時(shí)領(lǐng)導(dǎo)的意思是GetInstance()函數(shù)返回一個(gè)指針而不是返回一個(gè)引用,函數(shù)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(shí)我才想起可以顯示的生命類拷貝的構(gòu)造函數(shù),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(guān)于Singleton(const Singleton); 和 Singleton & operate = (const Singleton&); 函數(shù),需要聲明成私用的,并且只聲明不實(shí)現(xiàn)。這樣,如果用上面的方式來使用單例時(shí),不管是在友元類中還是其他的,編譯器都是報(bào)錯(cuò)。
不知道這樣的單例類是否還會(huì)有問題,但在程序中這樣子使用已經(jīng)基本沒有問題了。
(出處:http://snailbing.blogbus.com/logs/45398975.html)
優(yōu)化Singleton類,使之適用于單線程應(yīng)用
Singleton使用操作符new為唯一實(shí)例分配存儲(chǔ)空間。因?yàn)閚ew操作符是線程安全的,在多線程應(yīng)用中你可以使用此設(shè)計(jì)模板,但是有一個(gè)缺陷: 就是在應(yīng)用程序終止之前必須手工用delete摧毀實(shí)例。否則,不僅導(dǎo)致內(nèi)存溢出,還要造成不可預(yù)測(cè)的行為,因?yàn)镾ingleton的析構(gòu)函數(shù)將根本不會(huì) 被調(diào)用。而通過使用本地靜態(tài)實(shí)例代替動(dòng)態(tài)實(shí)例,單線程應(yīng)用可以很容易避免這個(gè)問題。下面是與上面的GetInstance()稍有不同的實(shí)現(xiàn),這個(gè)實(shí)現(xiàn)專 門用于單線程應(yīng)用:
1 CSingleton* CSingleton :: GetInstance()
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3 {
4
5 static CSingleton inst;
6
7 return &inst;
8
9 }
本地靜態(tài)對(duì)象實(shí)例inst是第一次調(diào)用GetInstance()時(shí)被構(gòu)造,一直保持活動(dòng)狀態(tài)直到應(yīng)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(dòng)態(tài)分配對(duì)象不同,靜態(tài)對(duì)象當(dāng)應(yīng)用程序終止時(shí)被自動(dòng)銷毀掉,所以就不必再手動(dòng)銷毀實(shí)例了。
(出處:http://blog.csdn.net/pingnanlee/archive/2009/04/20/4094313.aspx)
代碼學(xué)習(xí)(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(shí)現(xiàn)
6
7 class Singleton
8
9 {
10
11 private:
12
13 Singleton();//注意:構(gòu)造方法私有
14
15
16
17 static Singleton* instance;//惟一實(shí)例
18
19 int var;//成員變量(用于測(cè)試)
20
21 public:
22
23 static Singleton* GetInstance();//工廠方法(用來獲得實(shí)例)
24
25 int getVar();//獲得var的值
26
27 void setVar(int);//設(shè)置var的值
28
29 virtual ~Singleton();
30
31 };
32
33 //構(gòu)造方法實(shí)現(xiàn)
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(tài)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(shù)
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 }