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(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)只能有一個窗口 管理器，一臺PC連一個鍵盤。
單例模式有許多種實現(xiàn)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(yōu)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(chuàng)建相同類的本地實例。
《設(shè)計模式》一書中給出了一種很不錯的實現(xiàn)，定義一個單例類，使用類的私有靜態(tài)指針變量指向類的唯一實例，并用一個公有的靜態(tài)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(shè)計這個類時，讓它只能創(chuàng)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(tài)成員函數(shù)中隱藏創(chuàng)建實例的操作。習(xí)慣上把這個成員函數(shù)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(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 };
用戶訪問唯一實例的方法只有GetInstance()成員函數(shù)。如果不通過這個函數(shù)，任何創(chuàng)建實例的嘗試都將失敗，因為類的構(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)這個函數(shù)首次被訪問時被創(chuàng)建的。這是一種防彈設(shè)計——所有GetInstance()之后的調(diào)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(shè)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(tài)指針m_pInstance，并且是私有的；
它有一個公有的函數(shù)，可以獲取這個唯一的實例，并且在需要的時候創(chuàng)建該實例；
它的構(gòu)造函數(shù)是私有的，這樣就不能從別處創(chuàng)建該類的實例。
大多數(shù)時候，這樣的實現(xiàn)都不會出現(xiàn)問題。有經(jīng)驗的讀者可能會問，m_pInstance指向的空間什么時候釋放呢？更嚴(yán)重的問題是，該實例的析構(gòu)函數(shù)什么時候執(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現(xiàn)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(jié)束時調(diào)用GetInstance()，并對返回的指針掉用delete操作。這樣做可以實現(xiàn)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(diào)用GetInstance函數(shù)。
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(tǒng)中的某個合適的點上，使其在恰當(dāng)?shù)臅r候被自動執(zhí)行。
我們知道，程序在結(jié)束的時候，系統(tǒng)會自動析構(gòu)所有的全局變量。事實上，系統(tǒng)也會析構(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。利用這個特征，我們可以在單例類中定義一個這樣的靜態(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的實例
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19 {
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21 public:
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23 ~CGarbo()
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25 {
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27 if( CSingleton::m_pInstance )
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29 delete CSingleton::m_pInstance;
30
31 }
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33 }
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35 Static CGabor Garbo; //定義一個靜態(tài)成員，程序結(jié)束時，系統(tǒng)會自動調(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。
程序運行結(jié)束時，系統(tǒng)會調(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(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)束時析構(gòu)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(guān)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(tài)對象，總是讓人不太滿意，所以有人用如下方法來重現(xiàn)實現(xiàn)單例和解決它相應(yīng)的問題，代碼如下
1 class CSingleton
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3 {
4
5 //其他成員
6
7 public:
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9 static Singleton &GetInstance()
10
11 {
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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，非常強大的方法，完全實現(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出現(xiàn)問題，當(dāng)如下方法使用單例時問題來了，
Singleton singleton = Singleton :: GetInstance();
這么做就出現(xiàn)了一個類拷貝的問題，這就違背了單例的特性。產(chǎn)生這個問題原因在于：編譯器會為類生成一個默認的構(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)時領(lǐng)導(dǎo)的意思是GetInstance()函數(shù)返回一個指針而不是返回一個引用，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 }
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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，并且只聲明不實現(xiàn)。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(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為唯一實例分配存儲空間。因為new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)計模板，但是有一個缺陷： 就是在應(yīng)用程序終止之前必須手工用delete摧毀實例。否則，不僅導(dǎo)致內(nèi)存溢出，還要造成不可預(yù)測的行為，因為Singleton的析構(gòu)函數(shù)將根本不會 被調(diào)用。而通過使用本地靜態(tài)實例代替動態(tài)實例，單線程應(yīng)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(xiàn)，這個實現(xiàn)專 門用于單線程應(yīng)用：
1 CSingleton* CSingleton :: GetInstance()
2
3 {
4
5 static CSingleton inst；
6
7 return &inst；
8
9 }
1 #include <iostream>
2
3 using namespace std;
4
5 //單例類的C++實現(xiàn)
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7 class Singleton
8
9 {
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11 private:
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13 Singleton();//注意:構(gòu)造方法私有
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17 static Singleton* instance;//惟一實例
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19 int var;//成員變量(用于測試)
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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
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27 void setVar(int);//設(shè)置var的值
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29 virtual ~Singleton();
30
31 };
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33 //構(gòu)造方法實現(xiàn)
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35 Singleton::Singleton()
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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 }