C++完美实现Singleton模式

Singleton模式是常用的设计模式之一，但是要实现一个真正实用的设计模式却也不是件容易的事情。

1.         标准的实现

class Singleton

{

public:

       static Singleton
* Instance()

       {

              if(
0== _instance)

              {

                     _instance =
new Singleton;

              }

              return _instance;

       }

protected:

       Singleton(void)

       {

       }

       virtual
~Singleton(void)

       {

       }

       static Singleton* _instance;

};

       这是教科书上使用的方法。看起来没有什么问题，其实包含很多的问题。下面我们一个一个的解决。

2.         自动垃圾回收

上面的程序必须记住在程序结束的时候，释放内存。为了让它自动的释放内存，我们引入auto_ptr改变它。

#include
<memory>

#include
<iostream>

using namespace std;

class Singleton

{

public:

       static Singleton
* Instance()

       {

              if(
0== _instance.get())

              {

                     _instance.reset(
new Singleton);

              }

              return _instance.get();

       }

protected:

       Singleton(void)

       {

              cout <<"Create Singleton"<<endl;

       }

       virtual
~Singleton(void)

       {

              cout <<
"Destroy Singleton"<<endl;

       }

       friend
class auto_ptr<Singleton>;

       static auto_ptr<Singleton> _instance;

};

//Singleton.cpp

auto_ptr<Singleton> Singleton::_instance;

3.         增加模板

在我的一个工程中，有多个的Singleton类，对Singleton类，我都要实现上面这一切，这让我觉得烦死了。于是我想到了模板来完成这些重复的工作。

现在我们要添加本文中最吸引人单件实现：

/********************************************************************

    (c) 2003-2005 C2217 Studio

    Module:    Singleton.h

    Author:     Yangjun D.

    Created:    9/3/2005   23:17

    Purpose:    Implement singleton pattern

    History:

*********************************************************************/

#pragma
once

#include
<memory>

using namespace std;

using namespace C2217::Win32;

namespace C2217

{

namespace Pattern

{

template
<class T>

class Singleton

{

public:

       static
inline T* instance();

private:

       Singleton(void){}

       ~Singleton(void){}

       Singleton(const Singleton&){}

       Singleton &
operator= (const Singleton
&){}

       static auto_ptr<T> _instance;

};

template
<class T>

auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;

template
<class T>

 inline T* Singleton<T>::instance()

{

       if(
0== _instance.get())

       {

              _instance.reset
( new T);

       }

       return _instance.get();

}

//Class that will implement the singleton mode,

//must use the macro in it's delare file

#define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type
) \

       friend
class auto_ptr< type
>;\

       friend
class Singleton< type
>;

}

}

4.         线程安全

上面的程序可以适应单线程的程序。但是如果把它用到多线程的程序就会发生问题。主要的问题在于同时执行_instance.reset
( new T);
就会同时产生两个新的对象，然后马上释放一个，这跟Singleton模式的本意不符。所以，你需要更加安全的版本：

/********************************************************************

    (c) 2003-2005 C2217 Studio

    Module:    Singleton.h

    Author:     Yangjun D.

    Created:    9/3/2005   23:17

    Purpose:    Implement singleton pattern

    History:

*********************************************************************/

#pragma
once

#include
<memory>

using namespace std;

#include
"Interlocked.h"

using namespace C2217::Win32;

namespace C2217

{

namespace Pattern

{

template
<class T>

class Singleton

{

public:

       static
inline T* instance();

private:

       Singleton(void){}

       ~Singleton(void){}

       Singleton(const Singleton&){}

       Singleton &
operator= (const Singleton
&){}

       static auto_ptr<T> _instance;

       static CResGuard _rs;

};

template
<class T>

auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;

template
<class T>

CResGuard Singleton<T>::_rs;

template
<class T>

 inline T* Singleton<T>::instance()

{

       if(
0 == _instance.get()
)

       {

              CResGuard::CGuard gd(_rs);

              if(
0== _instance.get())

              {

                     _instance.reset
( new T);

              }

       }

       return _instance.get();

}

//Class that will implement the singleton mode,

//must use the macro in it's delare file

#define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type
) \

       friend
class auto_ptr< type
>;\

       friend
class Singleton< type
>;

}

}

       CresGuard 类主要的功能是线程访问同步,代码如下：

/******************************************************************************

Module:  Interlocked.h

Notices: Copyright (c) 2000 Jeffrey Richter

******************************************************************************/

#pragma
once

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// Instances of this class will be accessed by multiple threads. So,

// all members of this class (except the constructor and destructor)

// must be thread-safe.

class CResGuard
{

public:

   CResGuard() 
{ m_lGrdCnt = 0; InitializeCriticalSection(&m_cs);
}

   ~CResGuard()
{ DeleteCriticalSection(&m_cs);
}

   // IsGuarded is used for debugging

   BOOL IsGuarded()
const { return(m_lGrdCnt
> 0);
}

public:

   class CGuard
{

   public:

      CGuard(CResGuard& rg)
: m_rg(rg)
{ m_rg.Guard();
};

      ~CGuard()
{ m_rg.Unguard();
}

   private:

      CResGuard& m_rg;

   };

private:

   void Guard()  
{ EnterCriticalSection(&m_cs); m_lGrdCnt++;
}

   void Unguard()
{ m_lGrdCnt--; LeaveCriticalSection(&m_cs);
}

   // Guard/Unguard can only be accessed by the nested CGuard class.

   friend
class CResGuard::CGuard;

private:

   CRITICAL_SECTION m_cs;

   long m_lGrdCnt;  
// # of EnterCriticalSection calls

};

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

5.         实用方法

比如你有一个需要实现单件模式的类，就应该这样实现：

#pragma
once

#include
"singleton.h"

using namespace C2217::Pattern;

class ServiceManger

{

public:

       void Run()

       {

       }

private:

       ServiceManger(void)

       {

       }

       virtual
~ServiceManger(void)

       {

       }

       DECLARE_SINGLETON_CLASS(ServiceManger);

};

typedef Singleton<ServiceManger> SSManger;

在使用的时候很简单，跟一般的Singleton实现的方法没有什么不同。

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

        SSManger::instance()->Run();

}

一个简单的Singleton模式的实现，可以看到C++语言背后隐藏的丰富的语意，我希望有人能实现一个更好的Singleton让大家学习。我从一开始实现Singleton类的过程，其实就是我学习C++的过程，越是深入越觉得C++了不起。