程式師世界 >> 編程語言 >> C語言 >> 關於C語言 >> C++設計模式—單例模式

C++設計模式—單例模式

編輯：關於C語言

問題描述

現在，不管開發一個多大的系統（至少我現在的部門是這樣的），都會帶一個日志功能；在實際開發過程中，會專門有一個日志模塊，負責寫日志，由於在系統的任何地方，我們都有可能要調用日志模塊中的函數，進行寫日志。那麼，如何構造一個日志模塊的實例呢？難道，每次new一個日志模塊實例，寫完日志，再delete，不要告訴我你是這麼干的。在C++中，可以構造一個日志模塊的全局變量，那麼在任何地方就都可以用了，是的，不錯。但是，我所在的開發部門的C++編碼規范是參照Google的編碼規范的。

全局變量在項目中是能不用就不用的，它是一個定時炸彈，是一個不安全隱患，特別是在多線程程序中，會有很多的不可預測性；同時，使用全局變量，也不符合面向對象的封裝原則，所以，在純面向對象的語言Java和C#中，就沒有純粹的全局變量。那麼，如何完美的解決這個日志問題，就需要引入設計模式中的單例模式。

單例模式

何為單例模式，在GOF的《設計模式：可復用面向對象軟件的基礎》中是這樣說的：保證一個類只有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。首先，需要保證一個類只有一個實例；在類中，要構造一個實例，就必須調用類的構造函數，如此，為了防止在外部調用類的構造函數而構造實例，需要將構造函數的訪問權限標記為protected或private；最後，需要提供要給全局訪問點，就需要在類中定義一個static函數，返回在類內部唯一構造的實例。意思很明白，使用UML類圖表示如下。

UML類圖

Singleton Pattern

代碼實現

單例模式，單從UML類圖上來說，就一個類，沒有錯綜復雜的關系。但是，在實際項目中，使用代碼實現時，還是需要考慮很多方面的。

實現一：

/*
** FileName     : SingletonPatternDemo1
** Author       : Jelly Young
** Date         : 2013/11/20
** Description  : More information, please go to http://www.jellythink.com
*/#include <iostream>using namespace std;class Singleton{public:
	static Singleton *GetInstance()
	{
		if (m_Instance == NULL )
		{
			m_Instance = new Singleton ();
		}
		return m_Instance;
	}

	static void DestoryInstance()
	{
		if (m_Instance != NULL )
		{
			delete m_Instance;
			m_Instance = NULL ;
		}
	}

	// This is just a operation example
	int GetTest()
	{
		return m_Test;
	}private:
	Singleton(){ m_Test = 10; }
	static Singleton *m_Instance;
	int m_Test;};Singleton *Singleton ::m_Instance = NULL;int main(int argc , char *argv []){
	Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;

	Singleton ::DestoryInstance();
	return 0;}

這是最簡單，也是最普遍的實現方式，也是現在網上各個博客中記述的實現方式，但是，這種實現方式，有很多問題，比如：沒有考慮到多線程的問題，在多線程的情況下，就可能創建多個Singleton實例，以下版本是改善的版本。

實現二：

/*
** FileName     : SingletonPatternDemo2
** Author       : Jelly Young
** Date         : 2013/11/20
** Description  : More information, please go to http://www.jellythink.com
*/#include <iostream>using namespace std;class Singleton{public:
	static Singleton *GetInstance()
	{
		if (m_Instance == NULL )
		{
			Lock(); // C++沒有直接的Lock操作，請使用其它庫的Lock，比如Boost，此處僅為了說明
			if (m_Instance == NULL )
			{
				m_Instance = new Singleton ();
			}
			UnLock(); // C++沒有直接的Lock操作，請使用其它庫的Lock，比如Boost，此處僅為了說明
		}
		return m_Instance;
	}

	static void DestoryInstance()
	{
		if (m_Instance != NULL )
		{
			delete m_Instance;
			m_Instance = NULL ;
		}
	}

	int GetTest()
	{
		return m_Test;
	}private:
	Singleton(){ m_Test = 0; }
	static Singleton *m_Instance;
	int m_Test;};Singleton *Singleton ::m_Instance = NULL;int main(int argc , char *argv []){
	Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
	Singleton ::DestoryInstance();

	return 0;}

此處進行了兩次m_Instance == NULL的判斷，是借鑒了Java的單例模式實現時，使用的所謂的“雙檢鎖”機制。因為進行一次加鎖和解鎖是需要付出對應的代價的，而進行兩次判斷，就可以避免多次加鎖與解鎖操作，同時也保證了線程安全。但是，這種實現方法在平時的項目開發中用的很好，也沒有什麼問題？但是，如果進行大數據的操作，加鎖操作將成為一個性能的瓶頸；為此，一種新的單例模式的實現也就出現了。

實現三：

/*
** FileName     : SingletonPatternDemo3
** Author       : Jelly Young
** Date         : 2013/11/20
** Description  : More information, please go to http://www.jellythink.com
*/#include <iostream>using namespace std;class Singleton{public:
	static Singleton *GetInstance()
	{
		return const_cast <Singleton *>(m_Instance);
	}

	static void DestoryInstance()
	{
		if (m_Instance != NULL )
		{
			delete m_Instance;
			m_Instance = NULL ;
		}
	}

	int GetTest()
	{
		return m_Test;
	}private:
	Singleton(){ m_Test = 10; }
	static const Singleton *m_Instance;
	int m_Test;};const Singleton *Singleton ::m_Instance = new Singleton();int main(int argc , char *argv []){
	Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
	Singleton ::DestoryInstance();}

因為靜態初始化在程序開始時，也就是進入主函數之前，由主線程以單線程方式完成了初始化，所以靜態初始化實例保證了線程安全性。在性能要求比較高時，就可以使用這種方式，從而避免頻繁的加鎖和解鎖造成的資源浪費。由於上述三種實現，都要考慮到實例的銷毀，關於實例的銷毀，待會在分析。由此，就出現了第四種實現方式：

實現四：

/*
** FileName     : SingletonPatternDemo4
** Author       : Jelly Young
** Date         : 2013/11/20
** Description  : More information, please go to http://www.jellythink.com
*/#include <iostream>using namespace std;class Singleton{public:
	static Singleton *GetInstance()
	{
		static Singleton m_Instance;
		return &m_Instance;
	}

	int GetTest()
	{
		return m_Test++;
	}private:
	Singleton(){ m_Test = 10; };
	int m_Test;};int main(int argc , char *argv []){
	Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;

	singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;}

以上就是四種主流的單例模式的實現方式，如果大家還有什麼好的實現方式，希望大家能推薦給我。謝謝了。