设计模式之单例模式（C++）

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。

单例模式类图

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：

//h

class Singleton
{
public:
static Singleton *getInstacne();
private:
Singleton();
virtual ~Singleton();
static Singleton *_pSingleton;
};

//CPP

Singleton* Singleton::_pSingleton = NULL;

Singleton::Singleton()
{
 std::cout << "Singleton Constructor" <<std::endl;
}
Singleton::~Singleton()
{
std::cout << "Singleton Destructor" <<std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstacne()
{
if(NULL == _pSingleton)    //判断是否第一次调用
{
_pSingleton = new Singleton();
}
return _pSingleton;
}

单例类CSingleton有以下特征：

它有一个指向唯一实例的静态指针_pSingleton ，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，_pSingleton 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getInstacne()，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getInstacne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）：

class Singleton
{
public:
static Singleton *getInstacne();
private:
Singleton();
virtual ~Singleton();
class CGarbo   //它的唯一工作就是在析构函数中删除Singleton的实例
{
   public:
       ~CGarbo()
       {
           if(Singleton::_pSingleton)
               delete Singleton::_pSingleton;
       }
};
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, 注意这里仅仅是声明，还需要在相应的cpp文件中对静态成员进行定义哦
static Singleton *_pSingleton;
};

//cpp增加

Singleton::CGarbo Singleton::Garbo;

类CGarbo被定义为Singleton 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Singleton 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。

 测试代码

       Singleton* pSingleton1 = Singleton::getInstacne();
Singleton* pSingleton2 = Singleton::getInstacne();

cout << "ton1 var = "<< pSingleton1 -> getVar() << endl;
pSingleton1->setVar(150);
cout << "ton2 var =" << pSingleton2->getVar() << endl;

运行结果：

Singleton Constructor
ton1 var = 20
ton2 var =150
Singleton Destructor