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C++ 中的 Singleton 实现
[ 作者:jacklondon    转贴自:网载    阅读次数:6    更新时间:2006-1-12 23:13:00   录入:蓝色动力 ]        
 

C++ 中的 Singleton 实现

关键字:ANSI C++, Singleton, static member, initialize, auto_ptr, std, STL , implement, 实现

 
      ANSI C++ 中的 Singleton 实现说难不难,说容易也不容易,很多人写 ANSI C++ 的 Singleton class 都有错误。这篇文章讨论怎样在 ANSI c++ 中写 Singleton class, 希望对大家有帮助。

    《设计模式》中把 Singleton 写成返回指针:

class Singleton{
public:
    static Singleton* Instance();
protected:
    Singleton();
private:
    static Singleton* _instance;
};

    相应的实现 cpp 文件是:

Singleton* Singleton::_instance;
Singleton* Singleton::Instance(){
    if( _instance == 0){
        _instance = new Singleton;
    };
    return _instance;
}

    将构造函数设计成 protected 的目的是防止在 class 外面 new ,有人可能会设计成 private ,如果考虑到有可能会继承这个类的话,还是将构造函数设计成 protected 比较好,还需要加一个 virtual 析构函数。为了防止别人复制 Singleton 对象:
Singleton* pSingleton = Singleton::Instance();
Singleton s1 = *pSingleton;
Singleton s2 = *pSingleton;
需要将拷贝构造(copy constructor)函数变成 private。

    但是这里存在的问题是,什么时候删除 Singleton 对象?按照 C++ 的一个基本原则,对象在哪里创建就在哪里销毁,这里还应该放一个 destroy 方法来删除 Singleton 对象。如果忘了删除就比较麻烦。Instance 函数还存在多线程同时访问的加锁问题。如果把 Instance 函数开始和结尾放上加锁和解锁,整个函数性能会下降很多。这不是一个好的设计。
    有一个小小的改动,可以避免忘了删除 Singleton 对象带来内存泄露的问题。那就是用 std:auto_ptr 来包含 Singleton 对象,定义一个class static member auto_ptr 对象,在析构的静态 auto_ptr 变量的时候时候自动删除 Singleton 对象。为了不让用户 delete Singleton 对象,需要将析构函数由 public 变成 protected。以下是头文件 SingletonAutoPtr.h :

#include <memory>
using namespace std;
class CSingletonAutoPtr
{
private:
    static auto_ptr<CSingletonAutoPtr> m_auto_ptr;
    static CSingletonAutoPtr* m_instance;
protected:
    CSingletonAutoPtr();
    CSingletonAutoPtr(const CSingletonAutoPtr&);
    virtual ~CSingletonAutoPtr();
    //allow auto_ptr to delete, using protected ~CSingletonAutoPtr()
    friend class auto_ptr<CSingletonAutoPtr>;
public:
    static CSingletonAutoPtr* GetInstance();
    void Test();
};

对应的 SingletonAutoPtr.cpp 如下:

#include "SingletonAutoPtr.h"
#include <iostream>

//initial static member vars here
CSingletonAutoPtr* CSingletonAutoPtr::m_instance = NULL;
auto_ptr<CSingletonAutoPtr> CSingletonAutoPtr::m_auto_ptr;

//////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Construction/Destruction
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
CSingletonAutoPtr::CSingletonAutoPtr()
{
    cout << "CSingletonAutoPtr::CSingletonAutoPtr()" << endl;
    //put single object into auto_ptr object
    m_auto_ptr = auto_ptr<CSingletonAutoPtr>(this);
}

CSingletonAutoPtr::~CSingletonAutoPtr()
{
    cout << "CSingletonAutoPtr::~CSingletonAutoPtr()" << endl;
}

CSingletonAutoPtr* CSingletonAutoPtr::GetInstance()
{
    //begin lock
    //....

    if(m_instance == NULL)
        m_instance = new CSingletonAutoPtr();

    //end lock
    //...

    return m_instance;
}

void CSingletonAutoPtr::Test()
{
    cout << "CSingletonAutoPtr::Test()" << endl;
}

    调用方法:

CSingletonAutoPtr* pSingleton = CSingletonAutoPtr::GetInstance();
pSingleton->Test();

    写一个 C++ 中的 Singleton 需要这么费劲,大大出乎我们的意料。有很多人从未用过 auto_ptr,而且 std:auto_ptr 本身就并不完美,它是基于对象所有权机制的,相比之下,Apache Log4cxx 中有一个 auto_ptr, 是基于对象计数的,更为好用。只是为了用一个好的 auto_ptr 而不得不用 log4cxx , 对于很多项目来说,也不太好。当然了,ANSI C++ 的 STL 中 std:auto_ptr 对于写上面的例子已经足够用了。

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