设计模式的C++实现 1.单例模式

单例模式即实现单例类，即系统中一个类只有一个实例，而且该实例易于外界访问。这样方便对实例个数进行控制并节约系统资源。

而单例常用与一些非局部静态对象，对于这些对象，程序难以控制，对于这些存在与全局，且一般持久存在的对象，有时需要按照一定约束或顺序来进行初始化，而初始化这些对象如果不使用单例方法的话会极度不安全。这个时候就要使用单例模式来解决这个问题。

实现单例的方法有很多，最简单的一个是将对象放入函数中作为其静态成员：

class SingleTon;SingleTon* getSingleTonInstance(){static SingleTon* instance = new SingleTon(); return instance;}class SingleTon{friend SingleTon* getSingleTonInstance();private:SingleTon(){}};

这是我认为的最简单的实现单例模式的方法，不足的地方在于这个获得单例对象的函数不在类内。首先要实现单例模式，将构造函数声明为稀有，这样构造函数就不能被方法，也不能随意创建单例类的对象。而这里获得实例为函数的静态对象，所以其只有一个，且存在时间为创建到程序结束。

当然，也可以将函数中的静态对象改为类中的静态对象，而将这个全局的函数设置为类中的静态函数，这样就得到一个更加普遍常用的形式：

class SingleTon{public:static SingleTon* getInstance(){static SingleTon* instance = new SingleTon();return instance;}~SingleTon(){}private:SingleTon(){}SingleTon(const SingleTon&);SingleTon& operator=(const SingleTon&);};

这里还是使用了函数中的静态成员，使用类中的静态成员也是可以的：

class SingleTon{public:static SingleTon* getInstance(){if(NULL == instance)instance = new SingleTon();return instance;}private:SingleTon(){}SingleTon(const SingleTon&);SingleTon& operator=(const SingleTon&);static SingleTon* instance;};SingleTon* SingleTon::instance;// = new SingleTon();类内的静态成员初始化可以调用类中的私有的构造函数。

为了安全性，这里将复制构造函数和赋值操作符都给隐藏了，但是析构函数还是可见的，程序员还是会误用delete来删除这个单例实体，这样是不安全的，可以选择将析构函数放入私有中，隐藏析构函数，对于一些对象在最后结束时析构，则不用关心其释放过程。

但是如果在程序执行中要调用析构函数进行实例的删除的话，就使用一个公有的函数来封装析构函数，且将析构函数置为私有：

class SingleTon{public:static SingleTon* getInstance(){if(NULL == instance)instance = new SingleTon();return instance;}static void delelteInstance(){if(NULL != instance){delete instance;instance = NULL;}}private:SingleTon(){}SingleTon(const SingleTon&);SingleTon& operator=(const SingleTon&);static SingleTon* instance;~SingleTon();};SingleTon* SingleTon::instance ;

这里就已经基本上在单线程上安全了，然后就考虑多线程，当多个线程企图同时初始化 单例实例时，就出现了问题，要使用互斥来解决问题，这里就使用临界区来解决：

CRITICAL_SECTION cs;class SingleTon{public:static SingleTon* getInstance(){if(NULL == instance){EnterCriticalSection(&cs); if(NULL == instance){//双检锁，在进入临界区后再检测一次是否对象已经建立instance = new SingleTon();}LeaveCriticalSection(&cs);  }return instance;}static void delelteInstance(){if(NULL != instance){EnterCriticalSection(&cs);if(NULL != instance){delete instance;instance = NULL;}LeaveCriticalSection(&cs);  }}private:SingleTon(){}SingleTon(const SingleTon&);SingleTon& operator=(const SingleTon&);static SingleTon* instance;~SingleTon();};SingleTon* SingleTon::instance ;

这里使用双检锁的机制，第一次是判断是否需要对实例进行操作，第二次是在进入临界区即对数据加锁后，判断在数据已经不会再被外界干扰的情况下，第一次判断和第二次判断之间是否被其他线程进行了操作，这样两次判断保证了实例的安全。

但是这样还是不够安全，因为多线程中还是会有一些特殊情况，在类中一些文件被锁了，如文件句柄，数据库连接等，这些随着程序的关闭并不会立即关闭资源，必须要在程序关闭前，进行手动释放。这里的指不会自动关闭，是对于析构函数是私有的情况下，由于系统无法访问私有的析构函数，对于没有这些连接时，即类只在内存中占据了一些地址，则系统将其视为全局变量，在结束时释放其所在内存资源，所以没有内存泄漏。而若类中有文件句柄和数据库连接这些东西，系统并不会帮忙关闭这些，所以必须手动的调用析构函数中对这些文件的关闭操作。

对于这样的情况，一般会使用一种私有内嵌类Garbo，意为垃圾工人，在单例类中包含一个私有的静态垃圾工人对象，当程序结束时，系统会调用这个对象的析构函数，而这个析构函数中对单例类对象实现析构。

CRITICAL_SECTION cs;class SingleTon{public:static SingleTon* getInstance(){if(NULL == instance){EnterCriticalSection(&cs); if(NULL == instance){//双检锁，在进入临界区后再检测一次是否对象已经建立instance = new SingleTon();}LeaveCriticalSection(&cs);  }return instance;}static void delelteInstance(){if(NULL != instance){EnterCriticalSection(&cs);if(NULL != instance){delete instance;instance = NULL;}LeaveCriticalSection(&cs);  }}private:SingleTon(){}SingleTon(const SingleTon&);SingleTon& operator=(const SingleTon&);static SingleTon* instance;~SingleTon(){}//相应的关闭连接等操作class GarBo{public:~GarBo(){if(NULL != instance){EnterCriticalSection(&cs);if(NULL != instance){delete instance;instance = NULL;}LeaveCriticalSection(&cs);  }}};static GarBo gc ;};SingleTon* SingleTon::instance ;SingleTon::GarBo  SingleTon::gc;//类外的初始化。

这样就获得一个比较完美的单例类了。