设计模式之单件模式

单件模式 别名：Singleton

意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点；

适用性：

1.当类只能有一个实例，而客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。

2.当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的，并且客户端应该无需更改代码就能使用一个扩展实例时。

优点：

1.对唯一实例的受访控制；

2.缩小名空间，避免全局变量污染；

3.允许通过子类对操作和表示进行精化；

4.可以扩充为可变数目的实例（这样就形成对象池模式）；

5.比类操作更灵活(C++、C#中类操作不能设计为可变数目实例，且类操作亦无法实现为虚函数)

缺点:

无法在语法层面做到既保证仅有一实例，又能被其client扩展。

参与者：Singleton

实现：

1.封闭构造函数，提供静态函数作为访问实例的接口；

2.采用protected构造函数，允许子类进行扩展与动态配置；

3.利用注册方式为某些类提供一个全局访问点

相关：AbstractFactory、Builder、Prototype这些类通常采用单件模式

延伸：

Microsoft:在.net中，微软从语法层面利用静态类提供了单件模式的实现，但如果该单件类的实例化依赖于某运行时变量，则需要自己编写相关单件类，否则，我没发现任何一种设计比微软语法层面机制更好。

示例：

C#：此类为一个支持继承体系的singleton工具类,此类只能提供全局访问点，不能提供语法层面的单件约束。

public abstract class Singleton<T>  where T : Singleton<T>, new()
{
private static T _singleton = default(T);

protected Singleton() {
System.Diagnostics.Trace.Assert(_singleton == null);
}

public static T Instance<U>() where U:T,new()
{
lock (typeof(T))
{
return _singleton = (_singleton ?? new U());
}
}
}

客户端使用：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using Sysnet.DesignPatterns;
using Sysnet.Security.Rights;
using Sysnet.Security;
namespace Sysnet.Environments.Rights
{
public class RightManager : Singleton<RightManager>,IRightManager
//RightManager单件类为最终的客户端调用的单件类，然而从设计上来说，其可能继承于一个具备一定通用功能的非单件权限管理类。这样就涉及到一个多重继承的例子，其一个父类保证该实例的单件化，另一个父类提供基本的权限管理功能。C#语法层面不支持多重继承，关于在C#中的多重继承的设计，在适配器模式中进行描述。
{

public bool Verify(ISession session,IRequest requst)
{
return true;
}
}
}

代码参见：SyntCore,EnvirLib工程。

C++:下面是一个利用模板机制实现的支持继承（含多重继承）的C++单件类，其实现思路与上述C#类似：

template<typename T>
class SingleTon
{
public:
static T* ms_SingleTon;

SingleTon()
{
assert(!ms_SingleTon);
int offset = (int)(T*)1 - (int)(SingleTon<T>*)(T*)1;
ms_SingleTon = (T*)((int)this + offset);
}
~SingleTon()
{
assert(ms_SingleTon);
ms_SingleTon = 0;
}

static T& GetSingleTon()
{
assert(ms_SingleTon);
return *ms_SingleTon;
}

static T* GetSingleTonPtr()
{
return ms_SingleTon;
}
};
// 初始化
template<typename T> T* SingleTon<T>::ms_SingleTon = 0;

下面的CProgram类实现了单件模式，其作用是为应用程序提供一种全局设置：

#pragma once
#include "../Include/Singleton.h"
#include "WindExt.h"
class WINDEXT_API CProgram : public SingleTon<CProgram>
{
public:
typedef void (* RepeatRunCallBack)();
private:
GUID m_guidApplication;
HANDLE m_hMutex;
DECLARE_PROPERTY(RepeatRunCallBack,RepeatRunCallBack);
public:
CProgram();
void SetApplicationId(GUID &guid);
void SetApplicationIdByResource(UINT resourceid);
void SetErrorMode();
void SetRunOnce();
virtual ~CProgram(void);
};

上述两个单件类均由于支持继承，其基类的构造函数不能为private，因此无法在语法层面保证其不被二次实例化，只能借助运行时检查防止其创建多个实例。