[转]C++回顾之static与单例模式

http://blog.csdn.net/ab198604/article/details/19196315

单例模式是应用最多的一种设计模式，它要求每个类有且只能有一个实例对象，

所以用C++设计一个单例模式的方法如下：

        1 构造函数声明为私有；   这样就保证了不能随意构造一个对象

        2 将拷贝构造函数与等号运算符声明为私有，并不提供他们的实现； 即禁止对象被拷贝。

        3 在类中声明一个静态的全局访问接口；

        4 声明一个静态的私有实例化指针；

        

[cpp] view plain copy

 

1. class Singleton  
2. {  
3. public:  
4.     //全局访问接口  
5.     static Singleton *GetInstance()  
6.     {  
7.         if( instance_ == NULL )  
8.         {  
9.             instance_ = new Singleton;  
10.         }  
11.         return instance_;  
12.     }  
13.   
14.     ~Singleton()  
15.     {  
16.         cout << "~Singleton"<< endl;  
17.     }  
18.   
19. private:  
20.     Singleton(const Singleton& other);  
21.     Singleton & operator=(const Singleton & other);  
22.     Singleton()  
23.     {  
24.           cout << "Singleton"<<endl;  
25.     }  
26.   
27.   
28.     static Singleton *instance_; //引用性声明  
29. };  
30.   
31. Singleton * Singleton::instance_; //定义性声明  
32.   
33. int main(void)  
34. {  
35.     Singleton *s1 = Singleton::GetInstance();  
36.     Singleton *s2 = Singleton::GetInstance();  //s2的地址等于s1，即指向同一对象  
37.   
38.     //Singleton s3(*s1); //既然是单例模式，是不允许被拷贝的。编译会出错  
39.   
40.     return 0;  
41. }  

        上面就是单例类模式的C++实现，但是上述代码还有一个缺陷：单例类中申请的一些资源没有被释放，如instance_指向的空间没有被回收。一共有两种解决方式：

        第一种解决方式：

        

[cpp] view plain copy

 

1. class Singleton  
2. {  
3.     ...  
4.     //提供一个回收接口，在应用中显示调用回收资源  
5.     static void Free()  
6.     {  
7.         delete instance_;  
8.     }  
9.   
10.     ....  
11. };  
12.   
13. int main()  
14. {  
15.     ...  
16.     Singleton::Free(); //要显示调用进行资源回收  
17. }  

        这种方式虽然能实现功能，但是不太方便，每次都要手动回收资源，这是它的缺点。

        第二种解决方式：

[cpp] view plain copy

 

1. class Singleton  
2. {  
3.     ...  
4. public:  
5.     class Garbo //资源回收机制  
6.     {  
7.     public:  
8.         ~Garbo()  
9.         {  
10.             if( Singleton::instance_ != NULL )  
11.             {  
12.                 delete instance_;  
13.             }  
14.         }  
15.     };  
16.   
17.     ...  
18. private:  
19.     ...  
20.     static Garbo garbo_;  //引用性声明  
21. };  
22.   
23. Singleton::Garbo Singleton::garbo_;//定义性声明  

        这种方式提供的处理方式显然要比第一种方式来的要便捷，因为它依靠内部提供的Garbo嵌套类来提供服务，当Singleton类生命周期结束时，Garbo的类对象garbo_也要销毁，它将调用析构函数,而在析构函数中又自动地释放了Singleton单例类申请的一些资源，这种实现就比较智能化。不需要手动释放资源。这是它的优势。

        

        下面提供另一种实现C++单例类模式的方法:

[cpp] view plain copy

 

1. class Singleton  
2. {  
3.  public:  
4.     static Singleton& GetInstance()  
5.     {  
6.         static Singleton instance_;                   return instance_;  
7.     }  
8.   
9.     ~Singleton()  
10.     {  
11.         cout << "~Singleton"<<endl;  
12.     }  
13. private:  
14.   
15.     Singleton()  
16.     {  
17.         cout << "Singleton "<<endl;  
18.     }  
19.     Singleton(const Singleton &other);  
20.     Singleton & operator=(const Singleton &other);  
21. };  

        这种实现方式利用了static修改函数内部的变量，当第一次调用GetInstance函数时，系统将构造一个Singleton对象，在后续再次调用这个函数时，系统不再执行这个语句，也就不会再构造Singleton类对象了，而直接返回instance_本身。另外，当Singleton类对象生命周期结束时，对象会自动调用析构函数销毁，这里也就不存在申请资源之类的了，需要注意的是GetInstance()函数返回的是引用，这样就不会调用拷贝构造函数了，使用时也应该声明Singleton的引用，如下：

       

[cpp] view plain copy

 

1. int main()  
2. {  
3.     Singleton &s1 = Singleton::GetInstance();  
4.     Singleton &s2 = Singleton::GetInstance(); //s1与s2是同一对象的引用  
5.   
6.     return 0;  
7. }  

以上方案单线程没有问题，可是到了多线程就出问题了，下面看个线程安全的版本

#include <windows.h> #define CLASS_UNCOPYABLE(classname) \private:\classname (const classname&);\classname& operator=(const classname&);\class Mutex {    CLASS_UNCOPYABLE(Mutex) public:    Mutex() :_cs() { InitializeCriticalSection(&_cs); }    ~Mutex() { DeleteCriticalSection(&_cs); }     void lock() { EnterCriticalSection(&_cs); }     void unlock() { LeaveCriticalSection(&_cs); } private:     CRITICAL_SECTION _cs; };  class Lock {    CLASS_UNCOPYABLE(Lock) public:    explicit Lock(Mutex& cs) :_cs(cs) { _cs.lock(); }     ~Lock() { _cs.unlock(); } private:     Mutex& _cs; };

template <class T> class CSingleton {   CLASS_UNCOPYABLE(CSingleton) public: static T& Instance(){ // Unique point of access       if (0 == _instance) {          Lock lock(_mutex);             if (0 == _instance) {               _instance = new T();               atexit(Destroy);            }        }        return *_instance;     } protected: CSingleton(void){}  ~CSingleton(void){} private: static void Destroy() { // Destroy the only instance if ( _instance != 0 ) { delete _instance; _instance = 0; } }    static Mutex _mutex;    static T * volatile _instance; // The one and only instance };template <class T>Mutex CSingleton<T>::_mutex; template <class T>T* volatile CSingleton<T>::_instance = 0;