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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               if0== _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               if0== _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        if0== _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        if0 == _instance.get() )
36        {
37               CResGuard::CGuard gd(_rs);
38               if0== _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 on 2012-11-09 14:10 Beatles 閱讀(1727) 評論(2)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C++

評論

# re: C++完美實現Singleton模式 2012-11-10 08:42 wingforce

尚未完美,主要是線程安全那塊。2個問題,1,如果不需要線程安全,那塊代碼造成額外的開銷。2,臨界區的效率依然比較差。解決方法,1,引入額外的模板參數,multi_thread, single_thread,然后template <class T, class thread_mode = multi_thread> class Singleton {}; 2, 使用Lock Free技術  回復  更多評論   

# re: C++完美實現Singleton模式 2012-11-10 21:44 right

在復雜的環境下,單件很不好用,特別是依賴很多的時候,單件的初始化是個大問題。  回復  更多評論   

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