单例模式-C++

单例模式(Singleton)

--本文内容部分引自《大话设计模式 Chapter21》

一.概念：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。

　　通常我们可以让一个全局变量使一个对象被访问，但它不能阻止你实例化多个对象，一个最好的办法就是，让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例可以被创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法。

二.结构：

单例模式因为Singleton类封装它的唯一实例，这样它可以严格的控制客户怎样访问它及何时访问它，简单来说就是对唯一实例的受控访问。

单例类有状态，虽然实例唯一，却可以有子类来继承。

特点：

1、构造函数私有，防止外部实例化。这是第一点要求

2、唯一实例句柄声明为static，这就是所谓唯一

三.单线程模式：

 1     class CSingleton
 2     {
 3     public:
 4         static CSingleton *GetInstance()
 5         {
 6             if (NULL != m_Instance)
 7             {
 8                 m_Instace = new CSingleton();
 9             }
10         }
11         
12     private:
13         CSingleton();
14 
15     private:
16         static CSingleton * m_Instance;
17     };
18     //此处初始化
19     CSingleton* CSingleton::m_Instace = NULL;

这里相应有一些可以提升的地方，比如实际实例类型不定的情况下，这里可以改为使用模板，类型待编译时刻再定；仅仅私有构造，还有其他方式会导致实例化，如拷贝构造。

 1     template <typename T>
 2     class CSingleton
 3     {
 4     public:
 5         static T *GetInstance()
 6         {
 7             if (NULL != m_Instance)
 8             {
 9                 m_Instace = new T;
10             }
11         }
12         
13     private:
14         CSingleton();
15         CSingleton(const T&);
16         void operator=(const T&);
17 
18     private:
19         static T * m_Instance;
20     };
21 
22     //此处初始化
23     template <typename T>
24     T* CSingleton<T>::m_m_Instance= NULL;

四、多线程模式：

首先，提到多线程，那就马上要考虑同步的问题了，说到底就是锁，具体锁怎么实现这里不赘叙。

 5         static T *GetInstance()
 6         {
 7             m_mutex.Lock();
 8             if (NULL != m_Instance)
 9             {
10                 m_Instance = new T;
11             }
12             m_mutex.UnLock();
13         }

还有需要考虑一个会遇到的多线程情况下遇到的问题，那就是上面写法的锁的位置，当句柄为NULL时，同时有两个线程调用到了GetInstance入口，拿到时间片的线程进入if里面new出对象，结束后另一个线程进入后，依旧会再new一次。这种可能是存在的。

为了应对这种低概率但又不能无视的情况，大神们给出了方案--双重锁定(Double-Check Locking).

GetInstance函数修改如下：

 1         static T *GetInstance()
 2         {
 3             if (NULL != m_Instance)
 4             {
 5                 m_mutex.Lock();
 6                 if (NULL != m_Instance)
 7                 {
 8                     m_Instance = new T;
 9                 }
10                 m_mutex.UnLock();
11             }
12         }

五、总结

1.以上所有代码实现都是所谓的懒汉式单例类，因为是在第一次被引用时才会将自己实例化。

相对有饿汉模式，就是在以上代码初始化的地方直接写成

1     template <typename T>
2     T* CSingleton::m_Instance = new T;

这种静态初始化的方式称为饿汉式单例类。

2.目前实际使用中，只在项目工程中的日志记录、配置文件操作、内存池等全局唯一实例上，使用起来还是很方便的。