C++完美实现Singleton模式

berryz2007 2010-12-12

线程 c++ static class void type pattern

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
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