Qt 实现单例模式

单例模式

　　单利模式作为一种常用的软件设计模式，主要是用来保证系统中只有一个实例，例如一般一个程序中只有一个日志输出实例，一个系统中只有一个数据库连接实例，这时候用单例模式非常合适。

简单的单例模式

 1 class QSingleton
 2 {
 3 public:
 4     static QSingleton* instance()
 5     {
 6         if (m_pInstance == NULL)
 7         {
 8             m_pInstance = new QSingleton();
 9         }
10         return m_pInstance;
11     }
12 
13     static void Release()
14     {
15         if (m_pInstance != NULL)
16         {
17             delete m_pInstance;
18             m_pInstance = NULL;
19         }
20     }
21 private:
22     QSingleton(){}
23     QSingleton(const QSingleton&){}
24     QSingleton& operator==(const QSingleton&){}
25 private:
26     static QSingleton* m_pInstance;
27 };
28 // 静态成员变量需要在类体的外面进行初始化
29 QSingleton* QSingleton::m_pInstance = NULL;

　　上面的实现一种最简单的单利模式，是一种懒汉模式，所谓的懒汉模式就是在程序需要时才进行成员变量的创建也就是“延时加载”，与之相对的就是饿汉模式，恶汉模式就是在程序启动时就需要创建变量。懒汉模式是时间换空间，恶汉模式是空间换时间，看如下恶汉模式的一个简单实现：

 1 class QSingleton
 2 {
 3 public:
 4     static QSingleton* instance()
 5     {
 6         return m_pInstance;
 7     }
 8 
 9     static void Release()
10     {
11         if (m_pInstance != NULL)
12         {
13             delete m_pInstance;
14             m_pInstance = NULL;
15         }
16     }
17     QSingleton(){}
18 
19 private:
20     QSingleton(const QSingleton&){}
21     QSingleton& operator==(const QSingleton&){}
22 private:
23     static QSingleton* m_pInstance;
24 };
25 
26 // 直接初始化静态成员变量
27 QSingleton* QSingleton::m_pInstance = new QSingleton;

　　因为程序启动时，就需要创建对象，所以单例类的默认构造函数就需要时public的，此时用户就能够创建单例类的对象，从而就不能保证单例模式的初衷：一个程序只有一个实例类，另外当我们的单例类的默认构造函数需要参数时，并且改参数需要在程序执行过程中才能够构造，此时就不能用饿汉模式的单例模式。因此下面着重对懒汉模式的单例模式实现做讨论。上面的简单的懒汉模式的单例类实现有如下缺点：

　　每次都得判断m_pInstance是否为空，增加了程序开销，而饿汉模式没有此问题。
　　需要手动调用Release函数释放静态成员变量分配内存，上面的饿汉模式也有此问题。针对此问题我们可以通过智能指针来避免。
　　不是线程安全的，要想在多线程环境下安全使用，就需要在程序一开始处，其他线程还未创建时，调用一次instance函数，但这样就抛弃了懒汉模式延迟加载的优点。饿汉模式因为在程序一开始就创建了对象，因此是线程安全的。
线程安全的单例模式

 1 class QSingleton
 2 {
 3 public:
 4     static QSharedPointer<QSingleton>& instance()
 5     {
 6         QMutexLocker mutexLocker(&m_Mutex);
 7         if (m_pInstance.isNull())
 8         {
 9             m_pInstance = QSharedPointer<QSingleton>(new QSingleton());
10         }
11         return m_instance;
12     }
13 private:
14     QSingleton(){}
15     QSingleton(const QSingleton&){}
16     QSingleton& operator==(const QSingleton&){}
17 private:
18     static QMutex m_Mutex;
19     static QSharedPointer<QSingleton> m_pInstance;
20 };
21 
22 QMutex QSingleton::m_Mutex;
23 QSharedPointer<QSingleton> QSingleton::m_pInstance;

　　通过智能指针来管理成员变量，保证了在程序退出时，自动释放内存，通过加锁保证了m_pInstance创建的唯一性，但是因为程序每次调用instance就需要先加锁，大大增加了程序开销，看如下改进实现：

 1 class QSingleton
 2 {
 3 public:
 4     static QSharedPointer<QSingleton>& instance()
 5     {
 6 
 7         if (m_pInstance.isNull())
 8         {
 9             QMutexLocker mutexLocker(&m_Mutex);
10             if (m_pInstance.isNull())
11                 m_pInstance = QSharedPointer<QSingleton>(new QSingleton());
12         }
13         return m_pInstance;
14     }
15 private:
16     QSingleton(){}
17     QSingleton(const QSingleton&){}
18     QSingleton& operator==(const QSingleton&){}
19 private:
20     static QMutex m_Mutex;
21     static QSharedPointer<QSingleton> m_pInstance;
22 };
23 
24 QMutex QSingleton::m_Mutex;
25 QSharedPointer<QSingleton> QSingleton::m_pInstance;

　　上面的实现通过两次检查成员变量是否为空（double-check），避免了每次调用instance函数就锁定的效率问题。

Meyers提出的一种单例模式的实现

 1 class QSingleton
 2 {
 3 public:
 4     static QSingleton& instance()
 5     {
 6         static QSingleton qinstance;
 7         return qinstance;
 8     }
 9 private:
10     QSingleton(){}
11     QSingleton(const QSingleton&){}
12     QSingleton& operator==(const QSingleton&){}
13 };

　　在上述单例模式的实现中，在instance函数中声明static的局部变量，因为静态变量在程序中只会分配一次内存，保证了实例的唯一性，并且作为局部变量只有在程序第一次调用的时候才会初始化，也实现了延迟加载，而且因为不是指针变量，在程序结束时会自动回收内存，几乎就是完美的实现。虽然是只分配一次内存，但就能够确保线程安全吗？答案是否定的，因为c++的构造函数本身就不是线程安全的,当我们在构造函数内部初始化成员变量或者全局变量时，时间片就有可能被切走，我们在使用时，这一点尤为重要。