c++设计模式之单例模式(转)
来源:互联网 发布:淘宝bape正品店 编辑:程序博客网 时间:2024/06/10 17:59
单实例设可能是使用最广泛的设计模式。其思想意图是保证一个类只有一个实例,并且提供类对象的全程访问。单实例对象应用的范围很广:如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。本文将讨论如何用C++实现单实例模式,并解释如何优化单线程应用的设计。
设计方案
使用全程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程实例外,仍然能创建相同类的本地实例。单实例模式通过类本身来管理其唯一实例,这种特性提供了问题的解决办法。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程访问。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。Singleton的定义如下:
class Singleton
{
public:
static Singleton* Instance();
protected:
Singleton();
Singleton(const Singleton&);
Singleton& operator= (const Singleton&);
private:
static Singleton* pinstance;
};
你还可以创建诸如Mouse,FileManager,Scheduler等为名字的类并声明相应的成员。为了保证用户不能创建类的本地实例,Singleton的构造器是赋值操作符,构造函数的副本被声明为protected。类中还声明了一个私有的静态实例指针。当第一次调用静态函数Instance()时,它创建唯一实例,将实例地址赋值给pinstance,然后返回这个地址。在每次并发调用中,Instance()也将只返回这个地址。
下面是类的实现:
Singleton* Singleton::pinstance = 0;// 初始化指针
Singleton* Singleton::Instance ()
{
if (pinstance == 0) // 是第一次调用吗?
{
pinstance = new Singleton; // 创建唯一实例
}
return pinstance; // 唯一实例的地址
}
Singleton::Singleton()
{
//... 实现必要的实例初始化
}
用户访问唯一实例的方法只有Instance()成员函数。如果不通过这个函数,任何创建实例的尝试都将失败,因为类的构造函数是被保护的。Instance()使用懒惰初始化,也就是说它返回的值是当这个函数被首次访问时被创建的。这是一种防弹设计-所有Instance()之后的调用都返回相同实例的指针:
Singleton *p1 = Singleton::Instance();
Singleton *p2 = p1->Instance();
Singleton & ref = * Singleton::Instance();
虽然本文的例子针对的是单实例,但对Instance()稍加修改,这个设计模板便可适用于可变多实例情况。如一个类允许最多五个实例。
优化Singleton类,使之适用于单线程应用
Singleton使用操作符new为唯一实例分配存储空间。因为new操作符是线程安全的,在多线程应用中你可以使用此设计模板。但是有一个缺陷:就是在应用程序终止之前必须手工用delete摧毁实例。否则,不仅导致内存溢出,还要造成不可预测的行为,因为Singleton的析构函数将根本不会被调用。而通过使用本地静态实例代替动态实例,单线程应用可以很容易避免这个问题。以下是与上面的Instance()稍有不同的实现,这个实现专门用于单线程应用:
Singleton* Singleton::Instance ()
{
static Singleton inst;
return &inst;
}
本地静态对象实例inst是第一次调用Instance()时被构造,一直保持活动状态直到应用程序终止。指针pinstance变得多余并可以从类定义中删除掉。与动态分配对象不同,静态对象当应用程序终止时被自动销毁掉,所以就不必再手动销毁实例了。
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