本文详细阐述了C++中Singleton模式的多种实现方式，包括标准实现、自动垃圾回收、增加模板、线程安全及实用方法，并通过实例代码进行说明。
Singleton 模式是常用的设计模式之一，但是要实现一个真正实用的设计模式却也不是件容易的事情。
1. 标准的实现
class Singleton
{
public:
static Singleton * Instance()
{
if( 0 == _instance)
{
_instance = new Singleton;
}
return _instance;
}
protected:
Singleton(void)
{
}
virtual ~ Singleton(void)
{
}
static Singleton* _instance;
};
这是教科书上使用的方法。看起来没有什么问题，其实包含很多的问题。下面我们一个一个的解决。
2. 自动垃圾回收
上面的程序必须记住在程序结束的时候，释放内存。为了让它自动的释放内存，我们引入 auto_ptr 改变它。
#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;
class Singleton
{
public:
static Singleton * Instance()
{
if( 0 == _instance. get())
{
_instance. reset( new Singleton);
}
return _instance. get();
}
protected:
Singleton(void)
{
cout << "Create Singleton" << endl;
}
virtual ~ Singleton(void)
{
cout << "Destroy Singleton" << endl;
}
friend class auto_ptr< Singleton>;
static auto_ptr< Singleton> _instance;
};
//Singleton.cpp
auto_ptr< Singleton> Singleton:: _instance;
3. 增加模板
在我的一个工程中，有多个的 Singleton 类，对 Singleton 类，我都要实现上面这一切，这让我觉得烦死了。于是我想到了模板来完成这些重复的工作。
现在我们要添加本文中最吸引人单件实现：
/********************************************************************
(c) 2003-2005 C2217 Studio
Module: Singleton.h
Author: Yangjun D.
Created: 9/3/2005 23:17
Purpose: Implement singleton pattern
History:
*********************************************************************/
#pragma once
#include <memory>
using namespace std;
using namespace C2217:: Win32;
namespace C2217
{
namespace Pattern
{
template <class T>
class Singleton
{
public:
static inline T* instance();
private:
Singleton(void){}
~ Singleton(void){}
Singleton(const Singleton&){}
Singleton & operator= (const Singleton &){}
static auto_ptr< T> _instance;
};
template <class T>
auto_ptr< T> Singleton< T>:: _instance;
template <class T>
inline T* Singleton< T>:: instance()
{
if( 0 == _instance. get())
{
_instance. reset ( new T);
}
return _instance. get();
}
//Class that will implement the singleton mode,
//must use the macro in it's delare file
#define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) \
friend class auto_ptr< type >; \
friend class Singleton< type >;
}
}
4. 线程安全
上面的程序可以适应单线程的程序。但是如果把它用到多线程的程序就会发生问题。主要的问题在于同时执行 _instance. reset ( new T); 就会同时产生两个新的对象，然后马上释放一个，这跟 Singleton 模式的本意不符。所以，你需要更加安全的版本：
/********************************************************************
(c) 2003-2005 C2217 Studio
Module: Singleton.h
Author: Yangjun D.
Created: 9/3/2005 23:17
Purpose: Implement singleton pattern
History:
*********************************************************************/
#pragma once
#include <memory>
using namespace std;
#include "Interlocked.h"
using namespace C2217:: Win32;
namespace C2217
{
namespace Pattern
{
template <class T>
class Singleton
{
public:
static inline T* instance();
private:
Singleton(void){}
~ Singleton(void){}
Singleton(const Singleton&){}
Singleton & operator= (const Singleton &){}
static auto_ptr< T> _instance;
static CResGuard _rs;
};
template <class T>
auto_ptr< T> Singleton< T>:: _instance;
template <class T>
CResGuard Singleton< T>:: _rs;
template <class T>
inline T* Singleton< T>:: instance()
{
if( 0 == _instance. get() )
{
CResGuard:: CGuard gd( _rs);
if( 0 == _instance. get())
{
_instance. reset ( new T);
}
}
return _instance. get();
}
//Class that will implement the singleton mode,
//must use the macro in it's delare file
#define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) \
friend class auto_ptr< type >; \
friend class Singleton< type >;
}
}
CresGuard 类主要的功能是线程访问同步 , 代码如下：
/******************************************************************************
Module: Interlocked.h
Notices: Copyright (c) 2000 Jeffrey Richter
******************************************************************************/
#pragma once
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Instances of this class will be accessed by multiple threads. So,
// all members of this class (except the constructor and destructor)
// must be thread-safe.
class CResGuard {
public:
CResGuard() { m_lGrdCnt = 0 ; InitializeCriticalSection(& m_cs); }
~ CResGuard() { DeleteCriticalSection(& m_cs); }
// IsGuarded is used for debugging
BOOL IsGuarded() const { return( m_lGrdCnt > 0 ); }
public:
class CGuard {
public:
CGuard( CResGuard& rg) : m_rg( rg) { m_rg. Guard(); };
~ CGuard() { m_rg. Unguard(); }
private:
CResGuard& m_rg;
};
private:
void Guard() { EnterCriticalSection(& m_cs); m_lGrdCnt++; }
void Unguard() { m_lGrdCnt--; LeaveCriticalSection(& m_cs); }
// Guard/Unguard can only be accessed by the nested CGuard class.
friend class CResGuard:: CGuard;
private:
CRITICAL_SECTION m_cs;
long m_lGrdCnt; // # of EnterCriticalSection calls
};
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
5. 实用方法
比如你有一个需要实现单件模式的类，就应该这样实现：
#pragma once
#include "singleton.h"
using namespace C2217:: Pattern;
class ServiceManger
{
public:
void Run()
{
}
private:
ServiceManger(void)
{
}
virtual ~ ServiceManger(void)
{
}
DECLARE_SINGLETON_CLASS( ServiceManger);
};
typedef Singleton< ServiceManger> SSManger;
在使用的时候很简单，跟一般的 Singleton 实现的方法没有什么不同。
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
SSManger:: instance()-> Run();
}
一个简单的 Singleton 模式的实现，可以看到 C++ 语言背后隐藏的丰富的语意，我希望有人能实现一个更好的 Singleton 让大家学习。我从一开始实现 Singleton 类的过程，其实就是我学习 C++ 的过程，越是深入越觉得 C++ 了不起。
posted on 2005-09-20 22:14 天下无双 阅读(18400) 评论(30) 编辑 收藏 引用 所属分类: C/C++
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