设计模式--单例模式(C++实现)

单例模式也称单件模式、单子模式。意图保证一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点，该实例被所有程序模块共享。

单例模式有很多实现方式，在C++中，甚至可以直接用一个全局变量做到这一点，但这样的代码就不是很优雅。使用全局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局实例外，仍然能创建相同类的本地实例。

《设计模式》一书中给出了一种很不错的实现，定义一个单例类，使用类的私有静态指针变量指向类的唯一实例，并用一个公有的静态方法获取该实例。

单例模式通过类本身来管理其唯一实例，这种特性提供了解决问题的方法。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局访问。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。

C++实现

//单例模式class Singleton{private:Singleton()  //构造私有{}static Singleton * m_pInstance;public:static Singleton* GetInstance(){if (m_pInstance == NULL)  //判断是否是第一次调用m_pInstance = new Singleton();return m_pInstance;}};

用户访问唯一实例的方法只有GetInstance()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私有的。GetInstance()使用懒惰初始化，也就是说它的返回值是当这个函数首次被访问时被创建的。这是一种防弹设计——所有GetInstance()之后的调用都返回相同实例的指针。

我们在分析下单例模式，就知道他的很多特征：

它有一个指向唯一实例的静态指针m_pInstance，并且是私有的；
它有一个公有的函数，可以获取这个唯一的实例，并且在需要的时候创建该实例；
它的构造函数是私有的，这样就不能从别处创建该类的实例。

在思考一下，是不是觉得上面的实现有问题呢？

m_pInstance指向的空间什么时候释放呢？更严重的问题是，该实例的析构函数什么时候执行？
如果在类的析构行为中有必须的操作，比如关闭文件，释放外部资源，那么上面的代码无法实现这个要求。我们需要一种方法，正常的删除该实例。

解决：

1. 可以在程序结束时调用GetInstance()，并对返回的指针掉用delete操作。这样做可以实现功能，但不仅很丑陋，而且容易出错。因为这样的附加代码很容易被忘记，而且也很难保证在delete之后，没有代码再调用GetInstance函数。
2. 一个妥善的方法是让这个类自己知道在合适的时候把自己删除，或者说把删除自己的操作挂在操作系统中的某个合适的点上，使其在恰当的时候被自动执行。
我们知道，程序在结束的时候，系统会自动析构所有的全局变量。事实上，系统也会析构所有的类的静态成员变量，就像这些静态成员也是全局变量一样。利用这个特征，我们可以在单例类中定义一个这样的静态成员变量，而它的唯一工作就是在析构函数中删除单例类的实例。

如下面的代码中的CGarbo类（Garbo意为垃圾工人）：

class CSingleton{private:CSingleton(){}static CSingleton* m_pInstance;class CGarbo  //它唯一的工作就是在析构函数中删除CSingleton的实例{public:~CGarbo(){if (CSingleton::m_pInstance)delete CSingleton::m_pInstance;}};static CGarbo Garbo;public:static CSingleton* GetInstance(){if (NULL == m_pInstance)m_pInstance = new CSingleton();return m_pInstance;}};

使用这个方法的单例对象有以下特征：

在单例类内部定义专有的嵌套类；
在单例类内定义私有的专门用于释放的静态成员；
利用程序在结束时析构全局变量的特性，选择最终的释放时机；
使用单例的代码不需要任何操作，不必关心对象的释放。

再进一步完善以下，把拷贝构造和赋值运算符重载也私有吧。

class Singleton_1{private:Singleton_1() {}Singleton_1(const Singleton_1 &);Singleton_1 &operator = (const Singleton_1 &);public:static Singleton_1 & GetInstance() //返回引用和指针都可以{static Singleton_1 instance; //局部静态变量return instance;}};