Singleton模式(上)

Singleton单例模式, 保证一个类仅有一个实例, 并且提供一个访问它的全局访问点.

教科书式的Singleton模式:

#include <iostream> using namespace std; class Singleton { public: static Singleton *Instance (void) { if (m_pInstance == NULL) { m_pInstance = new Singleton; } return m_pInstance; } ~Singleton (void) { cout << "Destory Singleton" << endl; } private: Singleton (void) { cout << "Create Singleton" << endl;} static Singleton *m_pInstance; }; Singleton *Singleton::m_pInstance = NULL; int main (void) { Singleton *p1 = Singleton::Instance(); // 控制台 : Create Singleton Singleton *p2 = Singleton::Instance(); delete p1; // 控制台 : Destory Singleton return 0; }

这个虽然表示了一个Singleton模式最核心的内容, 但实际应用起来还有很多不完善的地方, 我们一步步看来.

首先这里每次调用Singleton::Instance方法去获得类Singleton的唯一实例. 但我们程序并非真正想创建一个Singleton的类,而是希望通过这种方法来让我们设计中某一些功能类(Class A, Class B)只拥有一个实例和一个访问点. 好, 那么有两种选择.

第1种方法. 将上面的这个类的保留已有的东西, 再添砖加瓦改造成我们需要的类. 最终它符合Singleton模式.这种方法有一个明显的缺点, 如果程序中有5个类都是类似的设计, 那么要把Singleton的这些静态方法和变量写到每一个类中. 非常繁琐.

因此我们试着使用第2种方法, 让Singleton::Instance()返回我们所需要类的指针.而不是Singleton本身的指针. 下面这个例子写了一个功能类Mouse, 和一个匹配的Singleton类Singleton_Mouse, 返回指向Mouse类的指针. 这里在Mouse中声明友元是为了使得Singleton_Mouse中能可以new Mouse, 因为其构造是私有的. 只有友元才可以访问私有成员.

#include <iostream> using namespace std; class Mouse { public: void Move (void) { cout << "Move Mouse" << endl; } ~Mouse (void) { cout << "Destory Mouse" << endl; } private: Mouse (void) { cout << "Create Mouse" << endl; } friend class Singleton_Mouse; }; class Singleton_Mouse { public: static Mouse *Instance (void) { if(m_pInstance == NULL) { m_pInstance = new Mouse; } return m_pInstance; } private: Singleton_Mouse (void) {} ~Singleton_Mouse (void) {} static Mouse *m_pInstance; }; Mouse *Singleton_Mouse::m_pInstance = NULL; int main (void) { Mouse *p1 = Singleton_Mouse::Instance(); // 控制台 : Create Mouse Mouse *p2 = Singleton_Mouse::Instance(); p1->Move(); // 控制台 : Move Mouse delete p1; // 控制台 : Destory Mouse return 0; }

这种方法看似更加愚笨, 每个功能类都必须写一个相对应的Singleton友元类. 但如果我们在这个基础上再使用模板, 一切的问题就解决了.

下面代码实现了一个模板类Singleton, 定义了2个功能类Mouse和Printer, 要使这2个功能类成为Singleton, 只需要做2点, 1)将默认构造函数的属性设为private, 2)在类声明中实例化模板类Singleton<class name>并声明为其友元. 请参考下面代码:

#include <iostream> using namespace std; template<typename T> class Singleton { public: static T *Instance (void) { if(m_pInstance == NULL) { m_pInstance = new T; } return m_pInstance; } private: Singleton (void) {} ~Singleton (void) {} static T *m_pInstance; }; template<typename T> T *Singleton<T>::m_pInstance = NULL; class Mouse { public: void Move (void) { cout << "Move Mouse" << endl; } ~Mouse (void) { cout << "Destory Mouse" << endl; } private: Mouse (void) { cout << "Create Mouse" << endl; } friend class Singleton<Mouse>; }; class Printer { public: void Print (void) { cout << "Print pape" << endl; } ~Printer (void) { cout << "Destory Printer" << endl; } private: Printer (void) { cout << "Create Printer" << endl; } friend class Singleton<Printer>; }; int main (void) { Mouse *p1 = Singleton<Mouse>::Instance(); // 控制台 : Create Mouse p1->Move(); // 控制台 : Move Mouse delete p1; // 控制台 : Destory Mouse Printer *p2 = Singleton<Printer>::Instance(); // 控制台 : Create Printer p2->Print(); // 控制台 : Move Printer delete p2; // 控制台 : Destory Printer return 0; }

到这里已经基本解决了Singleton的应用问题了. 再下一次再讨论Singleton模式与内存管理、多线程方面的话题, 并最终展示一个Ready to Run的Singleton.h