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

[align=left]class Singleton[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left]public:[/align]
[align=left] static Singleton * Instance()[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] if( 0== _instance)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] _instance = new Singleton;[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] return _instance;[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left]protected:[/align]
[align=left] Singleton(void)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] virtual ~Singleton(void)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] static Singleton* _instance;[/align]
[align=left]};[/align]
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。
[align=left]#include <memory>[/align]
[align=left]#include <iostream>[/align]
[align=left]using namespace std;[/align]
[align=left]class Singleton[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left]public:[/align]
[align=left] static Singleton * Instance()[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] if( 0== _instance.get())[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] _instance.reset( new Singleton);[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] return _instance.get();[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left]protected:[/align]
[align=left] Singleton(void)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] cout <<"Create Singleton"<<endl;[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] virtual ~Singleton(void)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] cout << "Destroy Singleton"<<endl;[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] friend class auto_ptr<Singleton>;[/align]
[align=left] static auto_ptr<Singleton> _instance;[/align]
[align=left]};[/align]
//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：
[align=left]/********************************************************************[/align]
[align=left] (c) 2003-2005 C2217 Studio[/align]
[align=left] Module: Singleton.h[/align]
[align=left] Author: Yangjun D.[/align]
[align=left] Created: 9/3/2005 23:17[/align]
[align=left] Purpose: Implement singleton pattern[/align]
[align=left] History:[/align]
[align=left]*********************************************************************/[/align]
[align=left]#pragma once[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]#include <memory>[/align]
[align=left]using namespace std;[/align]
[align=left]using namespace C2217::Win32;[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]namespace C2217[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left]namespace Pattern [/align]
[align=left]{[/align]
[align=left]template <class T>[/align]
[align=left]class Singleton[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left]public:[/align]
[align=left] static inline T* instance();[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]private:[/align]
[align=left] Singleton(void){}[/align]
[align=left] ~Singleton(void){}[/align]
[align=left] Singleton(const Singleton&){}[/align]
[align=left] Singleton & operator= (const Singleton &){}[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] static auto_ptr<T> _instance;[/align]
[align=left]};[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]template <class T>[/align]
[align=left]auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]template <class T>[/align]
[align=left] inline T* Singleton<T>::instance()[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left] if( 0== _instance.get())[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] _instance.reset ( new T);[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] return _instance.get();[/align]
[align=left]}[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]//Class that will implement the singleton mode, [/align]
[align=left]//must use the macro in it's delare file[/align]
[align=left]#define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) /[/align]
[align=left] friend class auto_ptr< type >;/[/align]
[align=left] friend class Singleton< type >;[/align]
[align=left]}[/align]
[align=left]}[/align]
[align=left] [/align]
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：
[align=left]/********************************************************************[/align]
[align=left] (c) 2003-2005 C2217 Studio[/align]
[align=left] Module: Singleton.h[/align]
[align=left] Author: Yangjun D.[/align]
[align=left] Created: 9/3/2005 23:17[/align]
[align=left] Purpose: Implement singleton pattern[/align]
[align=left] History:[/align]
[align=left]*********************************************************************/[/align]
[align=left]#pragma once[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]#include <memory>[/align]
[align=left]using namespace std;[/align]
[align=left]#include "Interlocked.h"[/align]
[align=left]using namespace C2217::Win32;[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]namespace C2217[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left]namespace Pattern [/align]
[align=left]{[/align]
[align=left]template <class T>[/align]
[align=left]class Singleton[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left]public:[/align]
[align=left] static inline T* instance();[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]private:[/align]
[align=left] Singleton(void){}[/align]
[align=left] ~Singleton(void){}[/align]
[align=left] Singleton(const Singleton&){}[/align]
[align=left] Singleton & operator= (const Singleton &){}[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] static auto_ptr<T> _instance;[/align]
[align=left] static CResGuard _rs; [/align]
[align=left]};[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]template <class T>[/align]
[align=left]auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]template <class T>[/align]
[align=left]CResGuard Singleton<T>::_rs; [/align]
[align=left] [/align]
[align=left]template <class T>[/align]
[align=left] inline T* Singleton<T>::instance()[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left] if( 0 == _instance.get() )[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] CResGuard::CGuard gd(_rs);[/align]
[align=left] if( 0== _instance.get())[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] _instance.reset ( new T);[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] return _instance.get();[/align]
[align=left]}[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]//Class that will implement the singleton mode, [/align]
[align=left]//must use the macro in it's delare file[/align]
[align=left]#define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) /[/align]
[align=left] friend class auto_ptr< type >;/[/align]
[align=left] friend class Singleton< type >;[/align]
[align=left]}[/align]
[align=left]}[/align]
CresGuard 类主要的功能是线程访问同步,代码如下：
[align=left]/******************************************************************************[/align]
[align=left]Module: Interlocked.h[/align]
[align=left]Notices: Copyright (c) 2000 Jeffrey Richter[/align]
[align=left]******************************************************************************/[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] [/align]
[align=left]#pragma once[/align]
[align=left]///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]// Instances of this class will be accessed by multiple threads. So, [/align]
[align=left]// all members of this class (except the constructor and destructor) [/align]
[align=left]// must be thread-safe.[/align]
[align=left]class CResGuard {[/align]
[align=left]public:[/align]
[align=left] CResGuard() { m_lGrdCnt = 0; InitializeCriticalSection(&m_cs); }[/align]
[align=left] ~CResGuard() { DeleteCriticalSection(&m_cs); }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] // IsGuarded is used for debugging[/align]
[align=left] BOOL IsGuarded() const { return(m_lGrdCnt > 0); }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]public:[/align]
[align=left] class CGuard {[/align]
[align=left] public:[/align]
[align=left] CGuard(CResGuard& rg) : m_rg(rg) { m_rg.Guard(); };[/align]
[align=left] ~CGuard() { m_rg.Unguard(); }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] private:[/align]
[align=left] CResGuard& m_rg;[/align]
[align=left] };[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]private:[/align]
[align=left] void Guard() { EnterCriticalSection(&m_cs); m_lGrdCnt++; }[/align]
[align=left] void Unguard() { m_lGrdCnt--; LeaveCriticalSection(&m_cs); }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] // Guard/Unguard can only be accessed by the nested CGuard class.[/align]
[align=left] friend class CResGuard::CGuard;[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]private:[/align]
[align=left] CRITICAL_SECTION m_cs;[/align]
[align=left] long m_lGrdCnt; // # of EnterCriticalSection calls[/align]
[align=left]};[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] [/align]
[align=left]///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////[/align]
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：
[align=left]#pragma once[/align]
[align=left]#include "singleton.h"[/align]
[align=left]using namespace C2217::Pattern;[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]class ServiceManger[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left]public:[/align]
[align=left] void Run()[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left]private:[/align]
[align=left] ServiceManger(void)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] virtual ~ServiceManger(void)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] DECLARE_SINGLETON_CLASS(ServiceManger);[/align]
[align=left]};[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]typedef Singleton<ServiceManger> SSManger;[/align]

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。
[align=left]int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])[/align]
{
SSManger::instance()->Run();
}