C++中的单例模式介绍
有很多地方需要这样的功能模块，如系统的日志输出，GUI应用必须是单鼠标，MODEM的联接需要一条且只需要一条电话线，操作系统只能有一个窗口管理器，一台PC连一个键盘。
单例模式有许多种实现方法，在C++中，甚至可以直接用一个全局变量做到这一点，但这样的代码显的很不优雅。 使用全局对象能够保证方便地访问实例，但是不能保证只声明一个对象——也就是说除了一个全局实例外，仍然能创建相同类的本地实例。
《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。
定义如下：
class CSingleton
{
//其他成员
public:
static CSingleton* GetInstance()
{
if ( m_pInstance == NULL ) //判断是否第一次调用
m_pInstance = new CSingleton();
return m_pInstance;
}
private:
CSingleton(){};
static CSingleton * m_pInstance;
};
用户访问唯一实例的方法只有GetInstance()成员函数。如果不通过这个函数，任何创建实例的尝试都将失败，因为类的构造函数是私有的。GetInstance()使用懒惰初始化，也就是说它的返回值是当这个函数首次被访问时被创建的。这是一种防弹设计——所有GetInstance()之后的调用都返回相同实例的指针：
CSingleton* p1 = CSingleton :: GetInstance();
CSingleton* p2 = p1->GetInstance();
CSingleton & ref = * CSingleton :: GetInstance();
对GetInstance稍加修改，这个设计模板便可以适用于可变多实例情况，如一个类允许最多五个实例。
单例类CSingleton有以下特征：
它有一个指向唯一实例的静态指针m_pInstance，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。
大多数时候，这样的实现都不会出现问题。有经验的读者可能会问，m_pInstance指向的空间什么时候释放呢？更严重的问题是，该实例的析构函数什么时候执行？
如果在类的析构行为中有必须的操作，比如关闭文件，释放外部资源，那么上面的代码无法实现这个要求。我们需要一种方法，正常的删除该实例。
可以在程序结束时调用GetInstance()，并对返回的指针掉用delete操作。这样做可以实现功能，但不仅很丑陋，而且容易出错。因为这样的附加代码很容易被忘记，而且也很难保证在delete之后，没有代码再调用GetInstance函数。
一个妥善的方法是让这个类自己知道在合适的时候把自己删除，或者说把删除自己的操作挂在操作系统中的某个合适的点上，使其在恰当的时候被自动执行。
我们知道，程序在结束的时候，系统会自动析构所有的全局变量。事实上，系统也会析构所有的类的静态成员变量，就像这些静态成员也是全局变量一样。利用这个特征，我们可以在单例类中定义一个这样的静态成员变量，而它的唯一工作就是在析构函数中删除单例类的实例。如下面的代码中的CGarbo类（Garbo意为垃圾工人）：
class CSingleton
{
//其他成员
public:
static CSingleton* GetInstance();
private:
CSingleton(){};
static CSingleton * m_pInstance;
class CGarbo //它的唯一工作就是在析构函数中删除CSingleton的实例
{
public:
~CGarbo()
{
if( CSingleton::m_pInstance )
delete CSingleton::m_pInstance;
}
}
Static CGabor Garbo; //定义一个静态成员，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数
}；
类CGarbo被定义为CSingleton的私有内嵌类，以防该类被在其他地方滥用。
程序运行结束时，系统会调用CSingleton的静态成员Garbo的析构函数，该析构函数会删除单例的唯一实例。
使用这种方法释放单例对象有以下特征：
在单例类内部定义专有的嵌套类；
在单例类内定义私有的专门用于释放的静态成员；
利用程序在结束时析构全局变量的特性，选择最终的释放时机；
使用单例的代码不需要任何操作，不必关心对象的释放。
进一步的讨论
但是添加一个类的静态对象，总是让人不太满意，所以有人用如下方法来重现实现单例和解决它相应的问题，代码如下：
class CSingleton
{
//其他成员
public:
static Singleton &GetInstance()
{
static Singleton instance;
return instance;
}
private:
Singleton() {};
};
使用局部静态变量，非常强大的方法，完全实现了单例的特性，而且代码量更少，也不用担心单例销毁的问题。
但使用此种方法也会出现问题，当如下方法使用单例时问题来了，
Singleton singleton = Singleton :: GetInstance();
这么做就出现了一个类拷贝的问题，这就违背了单例的特性。产生这个问题原因在于：编译器会为类生成一个默认的构造函数，来支持类的拷贝。
最后没有办法，我们要禁止类拷贝和类赋值，禁止程序员用这种方式来使用单例，当时领导的意思是GetInstance()函数返回一个指针而不是返回一个引用，函数的代码改为如下：
static Singleton *GetInstance()
{
static Singleton instance;
return &instance;
}
但我总觉的不好，为什么不让编译器不这么干呢。这时我才想起可以显示的生命类拷贝的构造函数，和重载 = 操作符，新的单例类如下：
class Singleton
{
//其他成员
public:
static Singleton &GetInstance()
{
static Singleton instance;
return instance;
}
private:
Singleton() {};
Singleton(const Singleton);
Singleton & operate = (const Singleton&);
};
关于Singleton(const Singleton); 和 Singleton & operate = (const Singleton&); 函数，需要声明成私用的，并且只声明不实现。这样，如果用上面的方式来使用单例时，不管是在友元类中还是其他的，编译器都是报错。
不知道这样的单例类是否还会有问题，但在程序中这样子使用已经基本没有问题了。
优化Singleton类，使之适用于单线程应用
Singleton使用操作符new为唯一实例分配存储空间。因为new操作符是线程安全的，在多线程应用中你可以使用此设计模板，但是有一个缺陷：就是在应用程序终止之前必须手工用delete摧毁实例。否则，不仅导致内存溢出，还要造成不可预测的行为，因为Singleton的析构函数将根本不会被调用。而通过使用本地静态实例代替动态实例，单线程应用可以很容易避免这个问题。下面是与上面的GetInstance()稍有不同的实现，这个实现专门用于单线程应用：
CSingleton* CSingleton :: GetInstance()
{
static CSingleton inst；
return &inst；
}
本地静态对象实例inst是第一次调用GetInstance()时被构造，一直保持活动状态直到应用程序终止，指针m_pInstance变得多余并且可以从类定义中删除掉，与动态分配对象不同，静态对象当应用程序终止时被自动销毁掉，所以就不必再手动销毁实例了。
代码学习
//版本一
#include <iostream>
using namespace std;
//单例类的C++实现
class Singleton
{
private:
Singleton();//注意:构造方法私有
static Singleton* instance;//惟一实例
int var;//成员变量(用于测试)
public:
static Singleton* GetInstance();//工厂方法(用来获得实例)
int getVar();//获得var的值
void setVar(int);//设置var的值
virtual ~Singleton();
};
//构造方法实现
Singleton::Singleton()
{
this->var = 20;
cout<<"Singleton Constructor"<<endl;
}
Singleton::~Singleton()
{
cout<<"Singleton Destructor"<<endl;
//delete instance;
}
//初始化静态成员
/*Singleton* Singleton::instance=NULL;
Singleton* Singleton::GetInstance()
{
if(NULL==instance)
instance=new Singleton();
return instance;
}*/
Singleton* Singleton::instance=new Singleton;
Singleton* Singleton::GetInstance()
{
return instance;
}
//seter && getter含数
int Singleton::getVar()
{
return this->var;
}
void Singleton::setVar(int var)
{
this->var = var;
}
//main
void main()
{
Singleton *ton1 = Singleton::GetInstance();
Singleton *ton2 = Singleton::GetInstance();
if(ton1==ton2)
cout<<"ton1==ton2"<<endl;
cout<<"ton1 var = "<<ton1->getVar()<<endl;
cout<<"ton2 var = "<<ton2->getVar()<<endl;
ton1->setVar(150);
cout<<"ton1 var = "<<ton1->getVar()<<endl;
cout<<"ton2 var = "<<ton2->getVar()<<endl;
delete Singleton::GetInstance();//必须显式地删除
}
相关文章
- 这篇文章主要为大家介绍了JavaScript设计模式中的单例模式，对JavaScript设计模式感兴趣的小伙伴们可以参考一下...2016-01-21
- 我们建站的时候，开始是每次请求数据库都要重新连接的、这样显然不合理、然后自己封装了一个数据库操作类、DBTools.php、要解决一个连接多次使用的话、最好的办法是使...2016-11-25
- 单例模式是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例而且该实例易于外界访问，从而方便...2016-11-25
- 这篇文章主要给大家介绍的是JavaScript中的单例模式，设计模式代表了最佳的实践，通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案,需要的朋友可以参考一下...2021-09-25
- 这篇文章主要为大家详细介绍了C#单例模式Singleton Pattern的相关资料，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下...2020-06-25
- 单例模式防止在应用程序中实例化多个对象。这就节约了开销，每个实例都要占用一定的内存，创建对象时需要时间和空间。...2020-06-25
- 这篇文章主要为大家详细介绍了JavaScript设计模式之例模式的相关资料，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下...2017-06-15
- 单例模式是php中一个为了简化大家开发及重复调用的一个功能，下面我来给各位朋友详细介绍单例模式用法。 1.单例模式的概念 顾名思义，单例模式只有一个实例，而且自行...2016-11-25
- 全局变量是面向对象程序员遇到的引发bug的主要原因之一。这是因为全局变量将类捆绑于特定的环境。破坏了封装。如果新的应用程序无法保证一开始就定义了相同的环境变...2016-11-25
- 这篇文章主要介绍了C#中单例模式的三种写法示例,本文分别给出代码实例,需要的朋友可以参考下...2020-06-25
- 小编推荐的这篇文章介绍了PHP中单例模式与工厂模式详解，非常实用，有兴趣的同学快来看看吧。 单例模式概念单例模式是指整个应用中类只有一个对象实例的设计模式。单...2017-07-06
- 这篇文章主要介绍了Java单例模式的8种写法,本文给大家介绍的非常详细，对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值，需要的朋友可以参考下...2021-01-19
- 这篇文章主要介绍了C++实现线程安全的单例模式，文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧...2020-04-25
- 这篇文章主要给大家介绍了关于c#设计模式之单例模式的实现方式，文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者使用c#具有一定的参考学习价值，需要的朋友们下面来一起学习学习吧...2020-06-25
- 这篇文章主要为大家详细介绍了C++和java设计模式之单例模式的相关资料，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下...2020-04-25
- 为了达到这种目的，必须保证整个项目有且只有一个实例存在并提供一个访问点供全局访问。这就需要通过调用此类的一个共用静态方法来访问这个实例，也就是说此类不能在类外...2016-11-25
- 这篇文章主要介绍了C++ 单例模式的详解及实例的相关资料,这里对单例中的懒汉模式和饿汉模式进行实现和比较，需要的朋友可以参考下...2020-04-25
- 单例对于大家来说并不陌生,但是在什么时候用单例呢？为什么要用呢？本文就带大家了解一下为什么要使用单例,文中有非常详细的介绍,需要的朋友可以参考下...2021-06-02
- 这篇文章主要给大家介绍了关于Java单例模式，文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家学习或者使用Java具有一定的参考学习价值，需要的朋友们下面来一起学习学习吧...2021-10-12
- 单例模式，可以说设计模式中最常应用的一种模式了，据说也是面试官最喜欢的题目。但是如果没有学过设计模式的人，可能不会想到要去应用单例模式，面对单例模式适用的情况...2020-04-25