Singleton单例模式

Singleton 是对全局变量的取代策略
作用：保证一个类只能有一个实例，并提供一个全局唯一的访问点。

仅有一个实例：通过类的静态成员变量来体现。
提供访问它的全局访问点：访问静态成员变量的静态成员函数来体现。

《设计模式》一书中给出了一种很不错的实现，定义一个单例类，使用类的私有静态指针变量指向类的唯一实例，并用一个公有的静态方法获取该实例。

单例模式通过类本身来管理其唯一实例，这种特性提供了解决问题的方法。唯一的实例是类的一个普通对象，但设计这个类时，让它只能创建一个实例并提供对此实例的全局访问。唯一实例类Singleton在静态成员函数中隐藏创建实例的操作。习惯上把这个成员函数叫做Instance()，它的返回值是唯一实例的指针。

单例类Singleton有以下特征：

它有一个指向唯一实例的静态指针，并且是私有的；

它有一个公有的函数，可以获取这个唯一的实例，并且在需要的时候创建该实例；

它的构造函数是私有的，这样就不能从别处创建该类的实例。

在Singleton模式的结构图中可以看到，我们通过维护一个static的成员变量_instance来记录这个唯一的对象实例。通过提供一个staitc的接口Instance来获得这个唯一的实例。

代码如下：

class Singleton
{
public:
       static Singleton * Instance()
       {
              if( 0== _instance)
              {
                     _instance = new Singleton;
              }
              return _instance;
       }
protected:
       Singleton(void)
       {
       }
       virtual ~Singleton(void)
       {
       }
       static Singleton* _instance;
};

上面是标准的 Singleton实现，但是存在如下问题：

1.没有实现垃圾回收

2.没有实现模板化，如果有很多类都需要用到Singleton模式，那么每个类都需要这样实现，比较冗余。实现模板化后大大减少工作量

3.上面实现不是多线程安全的

下面针对上面的问题一一解决：

实现垃圾回收：引入auto_ptr

#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;

添加模板化实现：

#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 >;
}
}

实现线程安全：

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，需要更加安全的版本：

/********************************************************************
    Module:    Singleton.h
********************************************************************/
#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：

</pre><pre name="code" class="cpp">     
/******************************************************************************
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
};

Example::实用方法:

ServiceManger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();
}