设计模式之单件模式

单件模式 别名：Singleton
意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点；
适用性：
1.当类只能有一个实例，而客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。
2.当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的，并且客户端应该无需更改代码就能使用一个扩展实例时。
优点：
1.对唯一实例的受访控制；
2.缩小名空间，避免全局变量污染；
3.允许通过子类对操作和表示进行精化；
4.可以扩充为可变数目的实例（这样就形成对象池模式）；
5.比类操作更灵活(C++、C#中类操作不能设计为可变数目实例，且类操作亦无法实现为虚函数)
缺点:
无法在语法层面做到既保证仅有一实例，又能被其client扩展。
参与者：Singleton
实现：
1.封闭构造函数，提供静态函数作为访问实例的接口；
2.采用protected构造函数，允许子类进行扩展与动态配置；
3.利用注册方式为某些类提供一个全局访问点
相关：AbstractFactory、Builder、Prototype这些类通常采用单件模式
延伸：
Microsoft:在.net中，微软从语法层面利用静态类提供了单件模式的实现，但如果该单件类的实例化依赖于某运行时变量，则需要自己编写相关单件类，否则，我没发现任何一种设计比微软语法层面机制更好。

示例：
C#：此类为一个支持继承体系的singleton工具类,此类只能提供全局访问点，不能提供语法层面的单件约束。
 

public abstract class Singleton<T>  where T : Singleton<T>, new()
    {
        private static T _singleton = default(T);
        
        protected Singleton() {
            System.Diagnostics.Trace.Assert(_singleton == null);
        }
        
        public static T Instance<U>() where U:T,new()
        {
            lock (typeof(T))
            {
                return _singleton = (_singleton ?? new U());
            }
        }
    }

客户端使用：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using Sysnet.DesignPatterns;
using Sysnet.Security.Rights;
using Sysnet.Security;
namespace Sysnet.Environments.Rights
{
    public class RightManager : Singleton<RightManager>,IRightManager
 //RightManager单件类为最终的客户端调用的单件类，然而从设计上来说，其可能继承于一个具备一定通用功能的非单件权限管理类。这样就涉及到一个多重继承的例子，其一个父类保证该实例的单件化，另一个父类提供基本的权限管理功能。C#语法层面不支持多重继承，关于在C#中的多重继承的设计，在适配器模式中进行描述。
    {

        public bool Verify(ISession session,IRequest requst)
        {
            return true;
        }
    }
}

代码参见：SyntCore,EnvirLib工程。

C++:下面是一个利用模板机制实现的支持继承（含多重继承）的C++单件类，其实现思路与上述C#类似：

 template<typename T>
 class SingleTon
 {
 public:
  static T* ms_SingleTon;
 
  SingleTon()
  {
   assert(!ms_SingleTon);
   int offset = (int)(T*)1 - (int)(SingleTon<T>*)(T*)1;
   ms_SingleTon = (T*)((int)this + offset);
  }
  ~SingleTon()
  {
   assert(ms_SingleTon);
   ms_SingleTon = 0;
  }
 
  static T& GetSingleTon()
  {
   assert(ms_SingleTon);
   return *ms_SingleTon;
  }
 
  static T* GetSingleTonPtr()
  {
   return ms_SingleTon;
  }
 };
  // 初始化
template<typename T> T* SingleTon<T>::ms_SingleTon = 0;

 

下面的CProgram类实现了单件模式，其作用是为应用程序提供一种全局设置：

#pragma once
#include "../Include/Singleton.h"
#include "WindExt.h"
class WINDEXT_API CProgram : public SingleTon<CProgram>
{
public:
 typedef void (* RepeatRunCallBack)();
private:
 GUID m_guidApplication;
 HANDLE m_hMutex;
 DECLARE_PROPERTY(RepeatRunCallBack,RepeatRunCallBack);
public:
 CProgram();
 void SetApplicationId(GUID &guid);
 void SetApplicationIdByResource(UINT resourceid);
 void SetErrorMode();
 void SetRunOnce();
 virtual ~CProgram(void);
};

 

上述两个单件类均由于支持继承，其基类的构造函数不能为private，因此无法在语法层面保证其不被二次实例化，只能借助运行时检查防止其创建多个实例。