C++完美实现Singleton模式

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++