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。

标准的实现

1 class Singleton
2 {
3 public:
4        static Singleton * Instance()
5        {
6               if( 0== _instance)
7               {
8                      _instance = new Singleton;
9               }
10               return _instance;
11        }
12 protected:
13        Singleton(void)
14        {
15        }
16        virtual ~Singleton(void)
17        {
18        }
19        static Singleton* _instance;
20 };

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。

问题一  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。

1 #include <memory>
2 #include <iostream>
3 using namespace std;
4 class Singleton
5 {
6 public:
7        static Singleton * Instance()
8        {
9               if( 0== _instance.get())
10               {
11                      _instance.reset( new Singleton);
12               }
13               return _instance.get();
14        }
15 protected:
16        Singleton(void)
17        {
18               cout <<"Create Singleton"<<endl;
19        }
20        virtual ~Singleton(void)
21        {
22               cout << "Destroy Singleton"<<endl;
23        }
24        friend class auto_ptr<Singleton>;
25        static auto_ptr<Singleton> _instance;
26 };
27 //Singleton.cpp
28 auto_ptr<Singleton> Singleton::_instance;

问题二  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：

1 #include <memory>
2 using namespace std;
3 using namespace C2217::Win32;
4
5 namespace C2217
6 {
7 namespace Pattern
8 {
9 template <class T>
10 class Singleton
11 {
12 public:
13        static inline T* instance();
14
15 private:
16        Singleton(void){}
17        ~Singleton(void){}
18        Singleton(const Singleton&){}
19        Singleton & operator= (const Singleton &){}
20
21        static auto_ptr<T> _instance;
22 };
23
24 template <class T>
25 auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;
26
27 template <class T>
28  inline T* Singleton<T>::instance()
29 {
30        if( 0== _instance.get())
31        {
32               _instance.reset ( new T);
33        }
34
35        return _instance.get();
36 }
37
38 //Class that will implement the singleton mode,
39 //must use the macro in it's delare file
40 #define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) \
41        friend class auto_ptr< type >;\
42        friend class Singleton< type >;
43 }
44 }

问题三  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：

1 #include <memory>
2 using namespace std;
3 #include "Interlocked.h"
4 using namespace C2217::Win32;
5
6 namespace C2217
7 {
8 namespace Pattern
9 {
10 template <class T>
11 class Singleton
12 {
13 public:
14        static inline T* instance();
15
16 private:
17        Singleton(void){}
18        ~Singleton(void){}
19        Singleton(const Singleton&){}
20        Singleton & operator= (const Singleton &){}
21
22        static auto_ptr<T> _instance;
23        static CResGuard _rs;
24 };
25
26 template <class T>
27 auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;
28
29 template <class T>
30 CResGuard Singleton<T>::_rs;
31
32 template <class T>
33  inline T* Singleton<T>::instance()
34 {
35        if( 0 == _instance.get() )
36        {
37               CResGuard::CGuard gd(_rs);
38               if( 0== _instance.get())
39               {
40                      _instance.reset ( new T);
41               }
42        }
43        return _instance.get();
44 }
45
46 //Class that will implement the singleton mode,
47 //must use the macro in it's delare file
48 #define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) \
49        friend class auto_ptr< type >;\
50        friend class Singleton< type >;
51 }
52 }
CresGuard 类主要的功能是线程访问同步,代码如下：
1 class CResGuard {
2 public:
3    CResGuard()  { m_lGrdCnt = 0; InitializeCriticalSection(&m_cs); }
4    ~CResGuard() { DeleteCriticalSection(&m_cs); }
5
6    // IsGuarded is used for debugging
7    BOOL IsGuarded() const { return(m_lGrdCnt > 0); }
8
9 public:
10    class CGuard {
11    public:
12       CGuard(CResGuard& rg) : m_rg(rg) { m_rg.Guard(); };
13       ~CGuard() { m_rg.Unguard(); }
14
15    private:
16       CResGuard& m_rg;
17    };
18
19 private:
20    void Guard()   { EnterCriticalSection(&m_cs); m_lGrdCnt++; }
21    void Unguard() { m_lGrdCnt--; LeaveCriticalSection(&m_cs); }
22
23    // Guard/Unguard can only be accessed by the nested CGuard class.
24    friend class CResGuard::CGuard;
25
26 private:
27    CRITICAL_SECTION m_cs;
28    long m_lGrdCnt;   // # of EnterCriticalSection calls
29 };

比如你有一个需要实现单件模式的类，就应该这样实现：

1 #include "singleton.h"
2 using namespace C2217::Pattern;
3
4 class ServiceManger
5 {
6 public:
7        void Run()
8        {
9        }
10 private:
11        ServiceManger(void)
12        {
13        }
14        virtual ~ServiceManger(void)
15        {
16        }
17        DECLARE_SINGLETON_CLASS(ServiceManger);
18 };
19
20 typedef Singleton<ServiceManger> SSManger;

1 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
2 {
3         SSManger::instance()->Run();
4 }

一个简单的Singleton模式的实现，可以看到C++语言背后隐藏的丰富的语意，我希望有人能实现一个更好的Singleton让大家学习。