C++单例模式

C++是一款应用非常广泛的计算机编程语言。它支持多种程序设计风格，其中包括对面向对象设计的支持。今天为大家介绍的C++单例模式也称为单件模式、单子模式。使用单例模式，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，如系统的日志输出等。

C++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，但这样的代码显得很不优雅。《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，并用一个公有静态方法获取该实例。如下面的类定义：

  1. class CSingleton:  
  2. {  
  3. // 其它成员  
  4. public:  
  5. static CSingleton * GetInstance()  
  6. {  
  7. if (m_pInstance == NULL)  
  8. m_pInstance = new CSingleton();  
  9. return m_pInstance;  
  10. }  
  11. private:  
  12. CSingleton(){};  
  13. static CSingleton * m_pInstance;  
  14. } 

单例类CSingleton有以下特征： 

◆它有一个指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，这个实例的析构操作什么时候执行？ 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，那么上面所示的代码无法实现这个要求。我们需要一种方法，正常地删除该实例。

可以在程序结束时调用GetInstance并对返回的指针调用delete操作。这样做可以实现功能，但是不仅很丑陋，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系统中的某个合适的点上，使其在恰当的时候自动被执行。

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C++单例模式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）：

  1. class CSingleton:  
  2. {  
  3. // 其它成员  
  4. public:  
  5. static CSingleton * GetInstance(){。。。}  
  6. private:  
  7. CSingleton(){};  
  8. static CSingleton * m_pInstance;  
  9. class CGarbo // 它的唯一工作就是在析构函数中删除CSingleton的实例  
  10. {  
  11. public:  
  12. ~CGarbo()  
  13. {  
  14. if (CSingleton::m_pInstance)  
  15. delete CSingleton::m_pInstance;  
  16. }  
  17. };   
  18. static CGarbo Garbo; // 定义一个静态成员，在程序结束时，系统会调用它的析构函数  
  19. } 

类CGarbo被定义为CSingleton的私有内嵌类，以防该类被在其它地方滥用。

在程序运行结束时，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C++单例模式的代码不需要任何操作，不必关心对象的释放。

 

 

另外：

1、简介

 

     单例模式，也叫单子模式，是一种常用的软件设计模式。在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。这个类称为单例类。许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。

 

2、特点

     显然单例模式的要点有三个；一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。在下面的对象图中，有一个"单例对象"，而"客户甲"、"客户乙" 和"客户丙"是单例对象的三个客户对象。可以看到，所有的客户对象共享一个单例对象。而且从单例对象到自身的连接线可以看出，单例对象持有对自己的引用。

 

3、设计思路

     实现单例模式的思路是：一个类能返回对象一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法（必须是静态方法，通常使用getInstance这个名称）；当我们调用这个方法时，如果类持有的引用不为空就返回这个引用，如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用；同时我们还将该类的构造函数定义为私有方法，这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造函数来实例化该类的对象，只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例。

     单例模式在多线程的应用场合下必须小心使用。如果当唯一实例尚未创建时，有两个线程同时调用创建方法，那么它们同时没有检测到唯一实例的存在，从而同时各自创建了一个实例，这样就有两个实例被构造出来，从而违反了单例模式中实例唯一的原则。 解决这个问题的办法是为指示类是否已经实例化的变量提供一个互斥锁(虽然这样会降低效率)。

 

4、应用

    一些资源管理器常常设计成单例模式。

　　在计算机系统中，需要管理的资源包括软件外部资源，譬如每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler， 以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干传真卡，但是只应该有一个软件负责管理传真卡，以避免出现两份传真作业同时传到传真卡中的情况。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。

　　需要管理的资源包括软件内部资源，譬如，大多数的软件都有一个（甚至多个）属性（properties）文件存放系统配置。这样的系统应当由一个对象来管理一个属性文件。需要管理的软件内部资源也包括譬如负责记录网站来访人数的部件，记录软件系统内部事件、出错信息的部件，或是对系统的表现进行检查的部件等。这些部件都必须集中管理，不可政出多头。

posted on 2012-05-26 01:44  很多不懂呀。。  阅读(635)  评论(0)  编辑  收藏  举报

导航