设计模式随笔（一）：单件模式（Singleton Pattern）

单件模式（Singleton Pattern）

 

作者：Will Lee，QQ：31940767，EMail：[e-mail]

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1          模式简介

singleton是设计模式家族中的小弟弟，重量轻，没有复杂的经历，很单纯，所以叫单件（just a joke）。因为简单，容易被人洞悉，所以经常被人唤来唤去，singleton是软件设计者们最常使用的模式之一。

简单，却不乏内涵。singleton可以让一个类在全局或局部范围（如一个线程）内仅被创建一次，并始终维持一个（注意不是多个）对象，面向公众服务，帮助客户节省存储资源。所以说，singleton不仅有用，而且环保，^^

 

2          模式结构

singleton结构如图1所示。

 

图1 singleton模式结构

模式涉及两个角色：

1. Singleton：单件对象，本文主角，接下来重点围绕它来转。

2. Client：Singleton的客户程序。客户就是上帝（really?）的年代，Singleton也得与时俱进，所以Singleton的工作就是：如何博得Client的满意。

Client希望Singleton吃的少，干的多（多么“厚道”而普遍的要求…）。

具体一点，就是：

在Client使用的范围内，Singleton只能实例化一个对象，并提供一个接口，不管Client在何时何地想起Singleton都能够通过该接口找到它，并给它分派任务，也就是随叫随到吧（can you? ）。Singleton则须保持友好的界面，甭管有事没事，见到Client就问：may I help you, sir？地道的......

3          核心思想

一个字：满足Client要求。

全局或局部范围内，保持唯一的实例，并提供一个public接口，供Client访问该实例，当然，对该接口的引用不需要Client另外再创建对象。

 

4          实现关键点

说起来容易，做起来就…

从以下几个方面，说明Singleton模式在实现（采用C++）过程中的一些关键点。

1. 保存唯一的实例

在Singleton类中定义一个指向自身类型的静态的指针变量，也就是一个静态Singleton类型指针（后面称呼该指针为：Singleton指针），用于保存Singleton实例对象。

 

2. 创建唯一的实例

何时何地创建这唯一的实例？选择不止一种：

a. 在程序一开始的地方创建。此时Singleton需要提供一个接口，供Client将创建好的实例对象传递给Singleton指针。一般设计一个带参数的Instance(Singleton *)方法来完成该职责，代码示例如下：

void Singleton::Instance(Singleton *pInstance)
{
    m_instance = pInstance;
} 

b. 什么时候使用，什么时候创建。也就是在Instance方法中创建，代码示例如下： 

Singleton * Singleton::Instance()
{
    if (NULL == m_instance)
    {
        m_instance = new Singleton;
    }

    return m_instance;
}

显然，在第一次引用Instance方法时，Singleton对象即被创建。

就我个人而言，更喜欢第二种，:)

 

3. 访问唯一的实例

设计一个静态Instance方法，该方法返回唯一实例的指针，供Client使用。如同第2条中的描述，Instance方法可能还承担创建Singleton对象的责任。

 

4. 如何保证实例的唯一性

怎样才能保证Singleton类只被创建一次呢？好吧，也有不同的选择：

a. 人为的遵守，也就是说靠Client的自觉性，这…，要求Client仅在程序一开始创建一次，或者干脆不创建（在Instance()中创建的手法），只通过Singleton::Instance()引用Singleton对象。核心就是靠自觉，靠人性，而众所周知，最靠不住的就是人…假如Client不守规矩，在程序某个地方来一句：new Singleton怎么办呢？别急，还有第二种方法。

b. 代码级强制遵守，强制客户遵守该规则，想创建也创建不了。听起来好牛啊，做法却浅显易懂，让人大跌眼镜：将Singleton构造函数声明为protected或private…

 

根据上面几条的描述，一个简单的Singleton类声明大概就像下面的：

class Singleton
{
public:
    static Singleton * Instance();
protected:
    Singleton()
    {
    }
private:
    static Singleton *m_instance;
};

 

5.         扩展

一般简单的Singleton设计，Singleton包裹的就是一个应用对象。

想复杂一些，或者显得更有技术含量，Singleton类可容纳多个对象，相当于一个单件对象管理器角色。此时一个简单的静态Singleton指针已经不能满足要求，可能需要一个复合数据结构的容器变量来存储单件对象。比如一个HASH表，存放索引和具体单件对象的映射关系。

相应的，Instance()方法也需要扩展，增加一个参数（index），用于指定访问哪一个单件实例，Instance(index)方法在HASH表中去查找，查找不到就创建…

既然大家都共用Instance(index)方法，那么所有单件对象需要有一个公共的superclass，用于指明Instance(index)方法的返回值，也方便Client引用Singleton对象，这也牵涉到面向对象设计的另一特性：抽象。

 

更多有趣的，等待你的摸索。

 

5          设计样例

懒得举例了，现在你还不会吗？