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。