[设计模式之禅读书笔记]007_23种设计模式一：单例模式

   序言

   今天开始学习23种设计模式的第一个模式——单例模式，以前在网上也看过不少人写的单例模式博文，也算已经吸收了不少。今天看《设计模式之禅》里对设计模式的讲解，作者说的还挺细致的。唯一可惜的是作者用java讲解单例模式，而我自己从去年工作后就用的是C++，本着学什么用什么的原则，我就用C++来记录一下学习成果吧。希望这篇博客能把我学到的分享给跟我一样在园子的读者。

   正文

1. 单例模式的现实场景

   作者开篇用皇帝来类比单例，而我有个更好的例子，且听我一一道来。太阳系中有一个恒星和九大行星，至少我上学的时候是九大行星，后来因为冥王星太小了，被除名了。可是我还是觉得九这个数字比较好，比如九大行星，九星连珠，说起来爽口。扯远了，单例模式在这太阳系中相当于什么呢？太阳。是的，太阳。地球说，我要阳光；金星说，我要阳光。这些阳光都来自同一个太阳，也就是说关于太阳这个类的对象，整个太阳系只有一个。这就是单例模式，无论我在太阳系的哪个行星上，我得到的阳光都是来自同一个太阳的。

2. 单例模式实现（一）——非同步单例模式、懒汉式单例

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton{
public:
    static Singleton* getInstance(){
        if(instance == NULL){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
private:
    static Singleton *instance;
    Singleton(){}; // 使得该类不能在外部初始化
};
Singleton* Singleton::instance; // 注意，类里面的instance只是声明，static变量必须类外定义

int main(){
    Singleton *instance = Singleton::getInstance();
    system("pause");
    return 0;
}

源码实现解读

   上面的代码是完整的控制台程序，VS2010 Pro下可以正确编译运行。下面对这段程序的重点进行介绍一下：

      ■ 类Singleton拥有一个静态成员指针变量，该指针为整个类共享

      ■ 类Singleton拥有一个私有的无参构造函数，这说明，在类外是无法通过构造方法来实例化对象的

      ■ 类Singleton拥有一个getInstance的方法，这个方法内部用于实例化instance成员指针变量

   上面的单例实现又被称为懒汉式的单例模式，为什么呢？因为类Singleton的成员instance只有在被调用的时候才会被初始化，所以被称为懒汉式单例实现。

问题缺点

   上面的实现有没有问题呢？有。在多线程场景中，上面的代码很容易产生多个实例，为什么呢？我画了一张图，如下：

    

   从上图可以看出，在多线程环境下，如果还是按照上面的代码实现的话，就会发生多次创建instance的情况，所以上面的代码还是有问题的，不过仅仅是在多线程的环境下。

3. 单例模式实现（二）——同步单例模式、饿汉式单例

   针对2中出现的多线程问题，我们用下面的代码就可以很轻易的结局。

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton{
public:
    static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
private:
    static Singleton instance;
    Singleton(){}; // 使得该类不能在外部初始化
};
Singleton Singleton::instance; // 注意，类里面的instance只是声明，static变量必须类外定义

int main(){
    Singleton instance = Singleton::getInstance();
    system("pause");
    return 0;
}

   上面的代码在类创建的时候，实例instance就被创建了，这样就不会发生多线程多次创建实例的情况了。程序解读如下：

      ■ 类Singleton拥有一个静态实例变量，而不是指针

      ■ 类Singleton拥有一个私有构造方法，这跟懒汉式是一样的。

   上面的实现为什么叫恶汉式单例呢？因为上面的实现在调用Singleton的getInstance之前就应景实例化了一个静态的属于该类的静态成员变量。

问题缺点

   上面的实现结局了多线程问题，那还有没有问题呢？有。仔细观察一下，发现有这样一句话：Singleton instance = Singleton::getInstance(); 创建的对象通过Singleton的赋值运算符被赋值给了instance了，这就不好了，虽然对类Singleton中的instance来说，永远只有一个。但是它被复制了，这样就不是单例了，那怎么办呢？办法很简单，就是把类Singleton的拷贝构造函数和赋值操作符变为private就可以了，修改后的代码如下:

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton{
public:
    static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
private:
    static Singleton instance;
    Singleton(){}; // 使得该类不能在外部初始化
    Singleton(const Singleton& singleton);
    Singleton & operator = (const Singleton&);
};
Singleton Singleton::instance; // 注意，类里面的instance只是声明，static变量必须类外定义

int main(){
    //Singleton instance = Singleton::getInstance(); // 无法通过编译
    system("pause");
    return 0;
}

4. 单例模式中对象的销毁

   对于懒汉式的单例实现，我们在getInstance函数里看到了new字样，那是肯定需要用delete销毁的，否则会出现内存溢出的，那要怎样用代码来实现呢？追加一个析构函数就可以了，参考如下代码：

class Singleton{
public:
    static Singleton* getInstance(){
        if(instance == NULL){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    ~Singleton(){
        if(instance != NULL){
            delete instance;
        }
    }
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton(){}; // 使得该类不能在外部初始化
};
Singleton* Singleton::instance; // 注意，类里面的instance只是声明，static变量必须类外定义

   其他

   在java中，解决多线程的问题可以有很多种，本文就不讨论了，有兴趣的可以参考：http://blog.csdn.net/it_man/article/details/5787567，这篇博客写的代码还是挺翔实的。

   总结

   在不考虑多线程的情况下，可以使用懒汉式单例实现方法。而在有多线程的环境下，最好用饿汉式单例实现方法。同时要注意的是，要把构造函数、默认构造函数、赋值运算符重载都改为private的。

PS：有错误的地方还请指出。谢谢。