先贴出代码C++ 中的单例模式

先贴出代码，代码后面是讲解

自己编写的单例模式：

 1 #include <iostream>
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <string>
 4 #include <string.h>
 5
 #include <algorithm>
 6 #include <vector>
 7 #include <map>
 8 #include <stack>
 9 #define maxn 110
10 #define inf 0x7fffffff
11 using namespace std;
12 
13 class CSingleton
14 {
15     friend class CFriend;
16 private:
17     CSingleton(){}
18     //static CSingleton* m_pInstance;
19     CSingleton(CSingleton& ){};
20     //其实重载=是没有必要的因为在赋值的时候，是会调用赋值构造函数
21     //CSingleton& operator = (CSingleton&){}
22 public:
23     // 为什么要使用静态函数，为了在没有实例的情况下能调用
24     static CSingleton& GetInstance()
25     {
26         static CSingleton m_Instance;
27         return m_Instance;
28 
29     }

30     int x;//为了测试定义的
31     void prinX()
32     {
33         printf("%d\n", x);
34     }
35 };
36 // 必须进行初始化
37 CSingleton* CSingleton::m_pInstance = NULL;
38 class CFriend
39 {
40 public:
41     CSingleton x;
42     CFriend()
43     {
44         CSingleton x = CSingleton::GetInstance();
45     }
46 };
47 int main()
48 {
49 
50    CSingleton& pCSingleton = CSingleton::GetInstance();
51    CFriend p;
//可以在友元类中创建实例
52    p.x.x = 10;
53    p.x.prinX();
54   /* pCSingleton.x = 10;
55    pCSingleton.prinX();
56    CSingleton pCSingleton2 = CSingleton::GetInstance();
57    pCSingleton2.prinX();
58    CSingleton pCSingleton3(CSingleton::GetInstance());
59    pCSingleton3.prinX();
60    pCSingleton2.x = 20;
61    pCSingleton3.x = 30;
62    pCSingleton.prinX();
63    pCSingleton2.prinX();
64    pCSingleton3.prinX();
65    */
66    //CSingleton pCSingleton = CSingleton::GetInstance();
67    //CSingleton pCSingleton3(CSingleton::GetInstance());
68 }

 我感觉比较好的写法就是使用静态局部变量，关于单例模式的了解，请往下看，下面是转自别人的博客。

 

 

转自：http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7460019

 

单例模式也称为单件模式、单子模式，可能是使用最广泛的设计模式。其意图是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，该实例被所有程序模块共享。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：

 

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print?
  1. class CSingleton  
  2. {  
  3. private:  
  4.     CSingleton()   //构造函数是私有的  
  5.     {  
  6.     }  
  7.     static CSingleton *m_pInstance;  
  8. public:  
  9.     static CSingleton * GetInstance()  
  10.     {  
  11.         if(m_pInstance == NULL)  //判断是否第一次调用  
  12.             m_pInstance = new CSingleton();  
  13.         return m_pInstance;  
  14.     }  
  15. };  


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）：






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 print?










    

  1. class CSingleton  
    2. 

  2. {  
    3. 

  3. private:  
    4. 

  4.     CSingleton()  
    5. 

  5.     {  
    6. 

  6.     }  
    7. 

  7.     static CSingleton *m_pInstance;  
    8. 

  8.     class CGarbo   //它的唯一工作就是在析构函数中删除CSingleton的实例  
    9. 

  9.     {  
    10. 

  10.     public:  
    11. 

  11.         ~CGarbo()  
    12. 

  12.         {  
    13. 

  13.             if(CSingleton::m_pInstance)  
    14. 

  14.                 delete CSingleton::m_pInstance;  
    15. 

  15.         }  
    16. 

  16.     };  
    17. 

  17.     static CGarbo Garbo;  //定义一个静态成员变量，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数  
    18. 

  18. public:  
    19. 

  19.     static CSingleton * GetInstance()  
    20. 

  20.     {  
    21. 

  21.         if(m_pInstance == NULL)  //判断是否第一次调用  
    22. 

  22.             m_pInstance = new CSingleton();  
    23. 

  23.         return m_pInstance;  
    24. 

  24.     }  
    25. 

  25. };  
    26. 











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新实现单例和解决它相应的问题，代码如下：


 






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 print?










    

  1. class CSingleton  
    2. 

  2. {  
    3. 

  3. private:  
    4. 

  4.     CSingleton()   //构造函数是私有的  
    5. 

  5.     {  
    6. 

  6.     }  
    7. 

  7. public:  
    8. 

  8.     static CSingleton & GetInstance()  
    9. 

  9.     {  
    10. 

  10.         static CSingleton instance;   //局部静态变量  
    11. 

  11.         return instance;  
    12. 

  12.     }  
    13. 

  13. };  
    14. 











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：


 






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 print?










    

  1. class CSingleton  
    2. 

  2. {  
    3. 

  3. private:  
    4. 

  4.     CSingleton()   //构造函数是私有的  
    5. 

  5.     {  
    6. 

  6.     }  
    7. 

  7. public:  
    8. 

  8.     static CSingleton * GetInstance()  
    9. 

  9.     {  
    10. 

  10.         static CSingleton instance;   //局部静态变量  
    11. 

  11.         return &instance;  
    12. 

  12.     }  
    13. 

  13. };  
    14. 











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声明类拷贝的构造函数，和重载 = 操作符，新的单例类如下：


 






[cpp] view plain copy

 

 print?




    

  1. class CSingleton  
    2. 

  2. {  
    3. 

  3. private:  
    4. 

  4.     CSingleton()   //构造函数是私有的  
    5. 

  5.     {  
    6. 

  6.     }  
    7. 

  7.     CSingleton(const CSingleton &);  
    8. 

  8.     CSingleton & operator = (const CSingleton &);  
    9. 

  9. public:  
    10. 

  10.     static CSingleton & GetInstance()  
    11. 

  11.     {  
    12. 

  12.         static CSingleton instance;   //局部静态变量  
    13. 

  13.         return instance;  
    14. 

  14.     }  
    15. 

  15. };  
    16. 





关于Singleton(const Singleton);和 Singleton & operate = (const Singleton&);函数，需要声明成私有的，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。

 考虑到线程安全、异常安全，可以做以下扩展






[cpp] view plain copy

 







 print?










    

  1. class Lock  
    2. 

  2. {  
    3. 

  3. private:         
    4. 

  4.     CCriticalSection m_cs;  
    5. 

  5. public:  
    6. 

  6.     Lock(CCriticalSection  cs) : m_cs(cs)  
    7. 

  7.     {  
    8. 

  8.         m_cs.Lock();  
    9. 

  9.     }  
    10. 

  10.     ~Lock()  
    11. 

  11.     {  
    12. 

  12.         m_cs.Unlock();  
    13. 

  13.     }  
    14. 

  14. };  
    15. 

  15.   
    16. 

  16. class Singleton  
    17. 

  17. {  
    18. 

  18. private:  
    19. 

  19.     Singleton();  
    20. 

  20.     Singleton(const Singleton &);  
    21. 

  21.     Singleton& operator = (const Singleton &);  
    22. 

  22.   
    23. 

  23. public:  
    24. 

  24.     static Singleton *Instantialize();  
    25. 

  25.     static Singleton *pInstance;  
    26. 

  26.     static CCriticalSection cs;  
    27. 

  27. };  
    28. 

  28.   
    29. 

  29. Singleton* Singleton::pInstance = 0;  
    30. 

  30.   
    31. 

  31. Singleton* Singleton::Instantialize()  
    32. 

  32. {  
    33. 

  33.     if(pInstance == NULL)  
    34. 

  34.     {   //double check  
    35. 

  35.         Lock lock(cs);           //用lock实现线程安全，用资源管理类，实现异常安全  
    36. 

  36.         //使用资源管理类，在抛出异常的时候，资源管理类对象会被析构，析构总是发生的无论是因为异常抛出还是语句块结束。  
    37. 

  37.         if(pInstance == NULL)  
    38. 

  38.         {  
    39. 

  39.             pInstance = new Singleton();  
    40. 

  40.         }  
    41. 

  41.     }  
    42. 

  42.     return pInstance;  
    43. 

  43. }  
    44. 










 之所以在Instantialize函数里面对pInstance 是否为空做了两次判断，因为该方法调用一次就产生了对象，pInstance == NULL 大部分情况下都为false，如果按照原来的方法，每次获取实例都需要加锁，效率太低。而改进的方法只需要在第一次 调用的时候加锁，可大大提高效率。






            

            
posted @ 
2016-04-19 14:57 
Szz 
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