C++完美实现Singleton模式

原文链接：http://www.cppblog.com/dyj057/archive/2005/09/20/346.html

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

class Singleton
{
public:
static Singleton
* Instance()
{
if( 0== _instance)
{
_instance =
new Singleton;
}
return _instance;
}
protected:
Singleton(void)
{
}
virtual
~Singleton(void)
{
}
static Singleton* _instance;
};
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。

#include
<memory>
#include
<iostream>
using namespace std;
class Singleton
{
public:
static Singleton
* Instance()
{
if( 0== _instance.get())
{
_instance.reset(new Singleton);
}
return _instance.get();
}
protected:
Singleton(void)
{
cout <<"Create Singleton"<<endl;
}
virtual
~Singleton(void)
{
cout <<
"Destroy Singleton"<<endl;
}
friend class auto_ptr<Singleton>;
static auto_ptr<Singleton> _instance;
};
//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：

/********************************************************************
(c) 2003-2005 C2217 Studio
Module: Singleton.h
Author: Yangjun D.
Created: 9/3/2005 23:17
Purpose: Implement singleton pattern
History:
*********************************************************************/
#pragma
once
#include
<memory>
using namespace std;
using namespace C2217::Win32;
namespace C2217
{
namespace Pattern
{
template
<class T>
class Singleton
{
public:
static inline T* instance();

private:
Singleton(void){}
~Singleton(void){}
Singleton(const Singleton&){}
Singleton &
operator= (const Singleton
&){}
static auto_ptr<T> _instance;
};
template
<class T>
auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;

template
<class T>
inline T* Singleton<T>::instance()
{
if( 0== _instance.get())
{
_instance.reset
( new T);
}

return _instance.get();
}
//Class that will implement the singleton mode,
//must use the macro in it's delare file
#define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type) \
friend class auto_ptr< type>;\
friend class Singleton< type>;
}
}
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：

/********************************************************************
(c) 2003-2005 C2217 Studio
Module: Singleton.h
Author: Yangjun D.
Created: 9/3/2005 23:17
Purpose: Implement singleton pattern
History:
*********************************************************************/
#pragma
once
#include
<memory>
using namespace std;
#include
"Interlocked.h"
using namespace C2217::Win32;
namespace C2217
{
namespace Pattern
{
template
<class T>
class Singleton
{
public:
static inline T* instance();

private:
Singleton(void){}
~Singleton(void){}
Singleton(const Singleton&){}
Singleton &
operator= (const Singleton
&){}
static auto_ptr<T> _instance;
static CResGuard _rs;
};
template
<class T>
auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;
template
<class T>
CResGuard Singleton<T>::_rs;

template
<class T>
inline T* Singleton<T>::instance()
{
if( 0== _instance.get())
{
CResGuard::CGuard gd(_rs);
if( 0== _instance.get())
{
_instance.reset
( new T);
}
}
return _instance.get();
}
//Class that will implement the singleton mode,
//must use the macro in it's delare file
#define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type) \
friend class auto_ptr< type>;\
friend class Singleton< type>;
}
}
CresGuard 类主要的功能是线程访问同步,代码如下：

/******************************************************************************
Module: Interlocked.h
Notices: Copyright (c) 2000 Jeffrey Richter
******************************************************************************/
#pragma
once
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Instances of this class will be accessed by multiple threads. So,
// all members of this class (except the constructor and destructor)
// must be thread-safe.
class CResGuard
{
public:
CResGuard()
{ m_lGrdCnt = 0; InitializeCriticalSection(&m_cs);}
~CResGuard(){ DeleteCriticalSection(&m_cs);}
// IsGuarded is used for debugging
BOOL IsGuarded()
const { return(m_lGrdCnt>
0);}
public:
class CGuard
{
public:
CGuard(CResGuard& rg): m_rg(rg){
m_rg.Guard();};
~CGuard(){ m_rg.Unguard();}
private:
CResGuard& m_rg;
};
private:
void Guard(){ EnterCriticalSection(&m_cs); m_lGrdCnt++;}
void Unguard(){ m_lGrdCnt--; LeaveCriticalSection(&m_cs);}
// Guard/Unguard can only be accessed by the nested CGuard class.
friend class CResGuard::CGuard;
private:
CRITICAL_SECTION m_cs;
long m_lGrdCnt;// # of EnterCriticalSection calls
};
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
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：

#pragma
once
#include
"singleton.h"
using namespace C2217::Pattern;
class ServiceManger
{
public:
void Run()
{
}
private:
ServiceManger(void)
{
}
virtual
~ServiceManger(void)
{
}
DECLARE_SINGLETON_CLASS(ServiceManger);
};
typedef Singleton<ServiceManger> SSManger;

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。

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{

SSManger::instance()->Run();

}

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。我从一开始实现Singleton类的过程，其实就是我学习C++的过程，越是深入越觉得C++了不起。