【转】单例模式（python/c++)

1. 什么是单例模式(Singleton pattern)？

单例模式是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例类的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例而且该实例易于外界访问，从而方便对实例个数的控制并节约系统资源。如果希望在系统中某个类的对象只能存在一个，单例模式是最好的解决方案。

对于系统中的某些类来说，只有一个实例很重要，例如，一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；一个系统只能有一个窗口管理器或文件系统；一个系统只能有一个计时工具或ID(序号)生成器。如在Windows中就只能打开一个任务管理器。如果不使用机制对窗口对象进行唯一化，将弹出多个窗口，如果这些窗口显示的内容完全一致，则是重复对象，浪费内存资源；如果这些窗口显示的内容不一致，则意味着在某一瞬间系统有多个状态，与实际不符，也会给用户带来误解，不知道哪一个才是真实的状态。因此有时确保系统中某个对象的唯一性即一个类只能有一个实例非常重要。

 

如何保证一个类只有一个实例并且这个实例易于被访问呢？定义一个全局变量可以确保对象随时都可以被访问，但不能防止我们实例化多个对象。一个更好的解决办法是让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例被创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法。这就是单例模式的模式动机。

 

单例模式有如下要点:

• 某个类只能有一个实例；
• 它必须自行创建这个实例；
• 它必须自行向整个系统提供这个实例。

从具体实现角度来说，就是一下三点：

• 单例模式的类只提供私有的构造函数；
• 类定义中含有一个该类的静态私有对象；
• 该类提供了一个静态的共有的函数用于创建或获取它本身的静态私有对象。

2. python实现单例模式

方法一：

#/usr/bin/python
#-*- encoding=utf-8 -*-    

#方法1,实现__new__方法
#并在将一个类的实例绑定到类变量_instance上,
#如果cls._instance为None说明该类还没有实例化过,实例化该类,并返回
#如果cls._instance不为None,直接返回cls._instance
class Singleton(object):
    def __new__(cls, *args, **kw):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            orig = super(Singleton, cls)
            cls._instance = orig.__new__(cls, *args, **kw)
        return cls._instance   

class MyClass(Singleton):
    a = 1   

one = MyClass()
two = MyClass()   

two.a = 3
print one.a
#3
#one和two完全相同,可以用id(), ==, is检测
print id(one)
#29097904
print id(two)
#29097904
print one == two
#True
print one is two
#True

方法二：

#方法2,共享属性;所谓单例就是所有引用(实例、对象)拥有相同的状态(属性)和行为(方法)
#同一个类的所有实例天然拥有相同的行为(方法),
#只需要保证同一个类的所有实例具有相同的状态(属性)即可
#所有实例共享属性的最简单最直接的方法就是__dict__属性指向(引用)同一个字典(dict)
#可参看:http://code.activestate.com/recipes/66531/
class Borg(object):
    _state = {}
    def __new__(cls, *args, **kw):
        ob = super(Borg, cls).__new__(cls, *args, **kw)
        ob.__dict__ = cls._state
        return ob   

class MyClass2(Borg):
    a = 1   

one = MyClass2()
two = MyClass2()   

#one和two是两个不同的对象,id, ==, is对比结果可看出
two.a = 3
print one.a
#3
print id(one)
#28873680
print id(two)
#28873712
print one == two
#False
print one is two
#False
#但是one和two具有相同的（同一个__dict__属性）,见:
print id(one.__dict__)
#30104000
print id(two.__dict__)
#30104000

方法三：

#方法3:本质上是方法1的升级（或者说高级）版
#使用__metaclass__（元类）的高级python用法
class Singleton2(type):
    def __init__(cls, name, bases, dict):
        super(Singleton2, cls).__init__(name, bases, dict)
        cls._instance = None
    def __call__(cls, *args, **kw):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super(Singleton2, cls).__call__(*args, **kw)
        return cls._instance   

class MyClass3(object):
    __metaclass__ = Singleton2   

one = MyClass3()
two = MyClass3()   

two.a = 3
print one.a
#3
print id(one)
#31495472
print id(two)
#31495472
print one == two
#True
print one is two
#True

方法四：

#方法4:也是方法1的升级（高级）版本,
#使用装饰器(decorator),
#这是一种更pythonic,更elegant的方法,
#单例类本身根本不知道自己是单例的,因为他本身(自己的代码)并不是单例的
def singleton(cls, *args, **kw):
    instances = {}
    def _singleton():
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kw)
        return instances[cls]
    return _singleton   

@singleton
class MyClass4(object):
    a = 1
    def __init__(self, x=0):
        self.x = x   

one = MyClass4()
two = MyClass4()   

two.a = 3
print one.a
#3
print id(one)
#29660784
print id(two)
#29660784
print one == two
#True
print one is two
#True
one.x = 1
print one.x
#1
print two.x
#1   

3. c++实现单例模式