当noncopyable遇见singleton

在实现单例类时，通常要把构造相关的几个函数访问权限设为private或protected(最好是private)。但假设一个大型系统中，有数十个单例类(这很正常，单例类其实是外观模式的一种最常用设计)，每一个都这么写显得繁琐不堪。要把这些操作代表的代码复用，可以使用c++语言提供的利器---继承。

设计如下的基类：

 class NonCopyable {
 public:
     NonCopyable() = default;
     NonCopyable(const NonCopyable&) = delete;
     void operator=(const NonCopyable& c) = delete;
 };

当单例类继承此类后，客户就无法在复制或赋值此单例类的实例化对象了，这样整个内存只存在一个全局对象。这里的NonCopyable类实现参考了boost::noncopyable。

解决了构造函数访问权限问题后，还有个问题，就是如何实例化？单例类实现的经典做法是在类里声明一个私有的静态类对象的指针，使用get手法返回此对象实例引用，通过此引用再调用类的其它方法。很好，但每个单例类都要这么实现一遍仍然繁琐。此时可以使用C++提供的另一个代码复用的利器--template。先实现一个通用的singleton模板类，模板类型参数传入待实现的单例类名，这样在编译阶段就完成了单例类的构造(模板实例化)。

通用的singleton模板类实现如下：

 template <class T>
 class Singleton : public NonCopyable {
 private:
     static T* inst_;

 public:
     Singleton() {}
     virtual ~Singleton() {}

     static T& inst()
     {
         if (!inst_) inst_ = new T;
         return *inst_;
     }

     static void uninst()
     {
         if (!inst_) return;
         delete inst_;
         inst_ = nullptr;
     }

 };
 //__declspec(selectany)声明使得我们可以在头文件中初始化一个全局变量
 template <class T> __declspec(selectany)  T * Singleton<T>::inst_ = nullptr;

自定义单例类实现：

 class singletontest :public Singleton<singletontest>
 {
 public:
 singletontest(){ printf("singletontest constructor function called "); }
 ~singletontest(){ printf("class test object destroyed "); }
 //成员方法
 void print(){
 printf("singletontest::print function called ");
 }
 };

测试代码：

 singletontest::inst().print(); //line1
 singletontest a;  //line 2 无法阻止默认构造，理想中，单例类只允许出现类似line1的调用
 printf("singletontest obj a addr is %d\n", &a);
 a.print();
 singletontest b;
 printf("singletontest obj b addr is %d\n", &b);
 b.print();
 //a(b);   //singletontest继承了noncopyable,继承类初始化时先调用父类的构造函数，由于定义成私有，所以构造失败
 //a = b;  //同上,赋值运算操作符函数同样是私有的

测试结果：

line2行代码写完后编译期并不报错，意味着对象使用默认构造生成。想阻止这种行为，就要把默认构造函数设为私有，但inst()方法里的 new T就会失败，更加得不偿失。

测试 line 8、9代码的错误，编译器可以识别。

代码里存在三层的继承链(singletontest-> singleton<T>-> Noncopyable)，但因为类中没有声明虚函数，调用方法上无周转之处，所以性能上没有任何损失。

singletontest:public sington<singletontest>这种写法成文CRTP(Curiously Recurring Template Pattern：奇异递归模板模式），常用于实现静多态，本文不作过多介绍。

最后，一般在多线程环境中讨论单例类创建时，常有饱汉式与饿汉式两种方式，但现代C++已经保证了静态成员变量创建的线程安全性，所以再无讨论这种方式的必要了