C++单例模式

很久就想写一篇关于单例模式的文章，感觉自己看了一些资料但是一直没有对思路进行整理。

为什么需要单例模式

如果希望在系统中某个类的对象只能存在一个，那么单例模式是最好的选择，比如说，你的系统只有一个台打印机，所以你希望打印机的对象个数限定为1，或者你希望你的PC只连接一个键盘，应用程序的日志文件，你希望只有一个实例去操作，Windows 的任务管理器，多线程的线程池设计。详见单例模式常见应用场景

如何阻止对象被产生出来

分析这个问题可以从最简单的思路开始，既然只能产生一个对象，我们不如先思考如何阻止对象的产生。最简单的方法就是将它的constructors声明为private。

Class CantBeInstantiated{    private:    CantBeInstantiated();    CantBeInstantiated(const CantBeInstantiated&);}

这样就移除了每个人产生对象的权利，但是我们如何产生这个唯一的对象呢?

线程不安全的做法

使用静态变量是可以分析出来的，因为它是类内共享的，为了实现只产生一个对象，我们可以考虑：

私有的指向唯一实例的静态指针

第一种做法就是使用一个私有的指向唯一实例的静态指针，然后用一个静态成员函数获取它。
但是这样也会带来一个问题，就是要在什么时候释放这个指针指向的空间呢？
为此可能就需要一个私有内嵌类，在它的析构函数中将指针指向的内存释放掉，然后定义一个这个内嵌类的静态成员变量，这样在程序结束时，系统因为回收静态存储区的空间，会自动析构这个内嵌类（他就像一个垃圾工人一样）。
具体的实现可见 ：
http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7460019

使用局部静态变量

首先需要整理一个局部静态变量的特点，它属于静态存储方式，具有以下特点：
　　(1) 局部静态变量的生存期为整个源程序。
　　(2) 作用域只在定义该变量的函数内，退出该函数后，尽管该变量仍然存在，但不能使用它。
　　(3)允许对构造类静态局部量赋初值。若未赋以初值，则由系统自动赋以0值。

class CSingleton  {  private:      CSingleton()   //构造函数是私有的      {      }      CSingleton(const CSingleton &);      CSingleton & operator = (const CSingleton &);  public:      static CSingleton & GetInstance()      {          static CSingleton instance;   //局部静态变量          return instance;      }  };  

将CSingleton(const CSingleton &);也声明为私有的，主要是为了防止类拷贝的问题。
因为如果用户调用：
Singleton singleton = Singleton::GetInstance();

编译器默认会产生一个复制构造函数，但这样就违背的单例的特性，而我们要阻止编译器这么做。

线程安全的做法

使用局部静态变量，程序第一次执行到它的时候执行初始化，但是这并不是线程安全的。
见http://www.cppblog.com/lymons/archive/2010/08/01/120638.html
考虑到线程安全，常见的做法是使用双重检验锁，之所以称为双重，是因为会有两次检查instance==NULL，一次是在criticalsection内，一次是在criticalsection外。
之所以用两次，主要是考虑加锁是为了保证只有一个线程创建出实例，当实例已经创建出来，就不要再加锁操作了。所以用第一次检查来判断实例是否已经产生出来了，而如果只检查一次instace==NULL, 每次获取instance时都会加锁，这样做太低效了。

class Lock  //资源管理类{  private:             CCriticalSection m_cs;  public:      Lock(CCriticalSection  cs) : m_cs(cs)      {          m_cs.Lock();      }      ~Lock()      {          m_cs.Unlock();      }  };  class Singleton  {  private:      Singleton();      Singleton(const Singleton &);      Singleton& operator = (const Singleton &);  public:      static Singleton *Instantialize();      static Singleton *pInstance;      static CCriticalSection cs;  };  Singleton* Singleton::pInstance = 0;  Singleton* Singleton::Instantialize()  {      if(pInstance == NULL)      {   //double check          Lock lock(cs);           //用lock实现线程安全，用资源管理类，实现异常安全          //使用资源管理类，在抛出异常的时候，资源管理类对象会被析构，析构总是发生的无论是因为异常抛出还是语句块结束。          if(pInstance == NULL)          {              pInstance = new Singleton();          }      }      return pInstance;  }  

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参考文献：
1. More Effective C++ 条款 26
2. http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7460019
3. http://www.cppblog.com/lymons/archive/2010/08/01/120638.html
4. http://www.cnblogs.com/BrainDeveloper/p/3192417.html