设计模式之Singleton

        Singleton是我项目中运用最多的设计模式了，虽然简单，却能大大降低模块耦合性。通过该模式，最多只能创建该类的一个实例。个人理解，Singleton就不再需要别的模块来聚合本模块，其表现形式最大特点就是构造函数的访问权限是private的，由第一个依赖本模块的其它模块进行实例化。笔者一直从事安全软件的研发，会在软件运行初期通过调用各个模块的Init()来实现单例的实现，而这个过程由于在初始化线程中串行执行，也有效避免了多线程下单例的互斥问题。不过下述文章仍会介绍下多线程开发单线程互斥问题。

类的声明：

//Singleton.h
namespace DP{
#ifndef _SINGLETON__H_
#define _SINGLETON__H_

class CSingleton{
private:
    CSingleton(){
    };
    ~CSingleton(){
    };

    static CSingleton* instance;
public:
    static CSingleton* Singleton();/*Singleton()函数必须设置成公有属性*/
    void Print();/*本模块对外提供的操作方法实例*/
};
}

#endif/*_SINGLETON__H_*/

 

类的成员变量的实现：

//Singleton.cpp
#include "Singleton.h"
#include <stdio.h>
using DP::CSingleton;

CSingleton* CSingleton::instance = NULL;
CSingleton* CSingleton::Singleton()
{
    if (NULL ==instance)
    {
        instance = new CSingleton();
    }
    return instance;
}
void CSingleton::Print()
{
    printf("this instance is call\n");
}

 

单例模式主要具备如下特征：

1. 将构造函数声明为私有的，防止在类外生成对象；

2. 提供静态方法Singleton()来返回自己的实例，别的模块在依赖该模块时,比如需要该模块提供的操作Print()时，只需要CSingleton::Singleton()->Print()；

3. CSingleton类中有一个静态变量instance，用于指向唯一自己模块实例的指针，在初始化的时候为NULL；

4. 在Singleton()是单例模式的核心体现，会在第一次被调用时进行自我实例化。

 

然而，Singleton()中的if(NULL==instance)判断，在多线程程序中会出现竞争冒险，这时候我们就采取多线程互斥的方法。

采用DCLP（Double Check Locking Pattern）实现互斥。

互斥锁的声明和实现（使用Windows平台API，以后可以考虑posix接口实现，可以针对跨平台操作）：

//Mutex.h
#ifndef _MUTEX__H_
#define _MUTEX__H_

#include "Windows.h" 
class CMutex{
public:
    CMutex();
    ~CMutex();
    void Lock();
    void UnLock();
private:
    HANDLE m_mutex; 
};

#endif/*_MUTEX__H_*/

//Mutex.cpp
#include "Mutex.h"

CMutex::CMutex()
{
    m_mutex = CreateMutex(NULL, false, NULL);
}

CMutex::~CMutex()
{
    CloseHandle(m_mutex);
}

void CMutex::Lock()
{
    WaitForSingleObject(m_mutex, INFINITE);  
}

void CMutex::UnLock()  
{  
    ReleaseMutex(m_mutex);  
} 

Sinleton()模式声明和实现：

//Singleton.h

#ifndef _SINGLETON__H_
#define _SINGLETON__H_
#include "../Mutex/Mutex.h"
namespace DP{
class CSingleton{
private:
    CSingleton(){
    };
    ~CSingleton(){
    };
    static CMutex mutex_visit;

    static CSingleton* instance;
public:
    static CSingleton* Singleton();/*Singleton()函数必须设置成公有属性*/
    void Print();/*本模块对外提供的操作方法实例*/
};
}

#endif/*_SINGLETON__H_*/

//Singleton.cpp
#include "Singleton.h"
#include <stdio.h>
using DP::CSingleton;

CMutex CSingleton::mutex_visit;
CSingleton* CSingleton::instance = NULL;
CSingleton* CSingleton::Singleton()
{
    if (NULL ==instance)//第一层判断, 避免下面line12~line16频繁执行
    {
        mutex_visit.Lock();
        if(NULL==instance){//因为第一层判断没有加锁，因此只靠第一层判断无法做到避免竞争冒险
            instance = new CSingleton();
        }
        mutex_visit.UnLock();
    }
    return instance;
}
void CSingleton::Print()
{
    printf("this instance is call\n");
}

示例代码：

CSingleton::Singleton()->Print();