1、什么是单例模式

  在架构设计时,某些类在整个系统生命周期中最多只能有一个对象存在 ( Single Instance )。如超市收银系统,其外观主要由显示器(1个)、扫描枪(1个)、收款箱(1个)组成,在系统正常运行期间这三部分都是唯一存在的;也就是说,显示器、扫描枪、收款箱这三部分都应该有各自的类,并且每个类只能唯一地实例化一个对象,基于这种模式的程序设计,称为单例模式。

  !!!单例模式只能创建一个对象,且该对象的生命周期伴随系统的整个运行期间。

2、怎么实现单例模式

  思考:如何定义一个类,使得这个类最多只能创建一个对象?

  分析:因为对象是由构造函数创建的,所以我们应该将问题锁定在构造函数上;又因为只能创建一个对象,这就意味着只能调用一次构造函数;显然将构造函数的访问权限设置为 public 不合适,所以,构造函数的访问权限只能是 private。然后,定义一个私有的静态成员 c_instance = NULL 和 公有的静态成员函数,通过  c_instance 来判断是否创建对象。(这个为什么要使用 静态成员呢?因为构造函数是私有的,在类的外部无法创建对象,只能通过类名调用静态成员,而静态成员函数只能调用静态成员变量)

  上述分析过程可简化为:

  (1)将构造函数的访问属性设置为 private;

  (2)定义私有的静态成员属性 instance 并初始化为 NULL;

  (3)当需要使用对象时,访问 instance 的值;

1)空值:创建对象,并用 instance 标记;

2)非空值:返回 instance 标记的对象;

 #include <iostream>
#include <string> using namespace std; class SObject
{
static SObject* c_instance; // 定义标识符指针; /* 不需用拷贝和赋值,在单例模式中,始终只有一个对象 */
SObject(const SObject&);
SObject& operator= (const SObject&); SObject() // 私有的构造函数
{
}
public:
static SObject* GetInstance(); // 创建对象的入口 void print()
{
cout << "this = " << this << endl;
}
}; SObject* SObject::c_instance = NULL; // 静态成员类内声明,类外定义 SObject* SObject::GetInstance() // 单例模式的关键
{
if( c_instance == NULL )
{
c_instance = new SObject();
} return c_instance;
} int main()
{
SObject* s = SObject::GetInstance();
SObject* s1 = SObject::GetInstance();
SObject* s2 = SObject::GetInstance(); s->print(); // this = 0x940a008
s1->print(); // this = 0x940a008
s2->print(); // this = 0x940a008 return ;
}
// 注:单例模式中,对象的生命周期存在整个系统运行过程中,所以是绝对不释放的;

单例模式实现

·   其实,在上述的单例模式实现案列中,有一部分代码(分析过程中第2、3步)与类本身没有任何关系,既然是这样,我们就把这部分单独提取出来处理。

  问题所在:需要使用单例模式时,必须在每个类中定义 静态成员变量 c_instance 和 静态成员函数 GetInstance();当有多个类都需要使用单例模式时,这样的实现方式明显的很冗余,为了能够代码复用,我们可以 将这两部分抽象成一个新类(做成类模板,声明为其它类的友元类,这样与之前的效果一样)。

 // 对上个单例模式实现代码的改进

 // singleton.hpp 单例模式代码
#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_H template
< typename T >
class Singleton
{
static T* c_instance;
public:
static T* GetInstance();
}; template
< typename T >
T* Singleton<T>::c_instance = NULL; template
< typename T >
T* Singleton<T>::GetInstance()
{
if( c_instance == NULL )
{
c_instance = new T();
} return c_instance;
} #endif // main.cpp 测试文件
#include <iostream>
#include <string>
#include "singleton.hpp" using namespace std; class SObject
{
friend class Singleton<SObject>; // 当前类需要使用单例模式 SObject(const SObject&);
SObject& operator= (const SObject&); SObject()
{
}
public: void print()
{
cout << "this = " << this << endl;
}
}; int main()
{
SObject* s = Singleton<SObject>::GetInstance();
SObject* s1 = Singleton<SObject>::GetInstance();
SObject* s2 = Singleton<SObject>::GetInstance(); s->print(); // 0xe63c20
s1->print(); // 0xe63c20
s2->print(); // 0xe63c20 return ;
}

基于类模板的单例模式实现

  在今后工作中,如果一个类(SObject)要使用单例模式(Singleton 单例模式的类模板),只需三步骤:

  (1)类(SObject)的构造函数必须私有化;同时,拷贝构造函数、重载=操作符 也私有化;

  (2)将单例模式的类模板声明为这个类的友元类; friend class Singleton<SObject>;

  (3)通过 单例模式类模板中 SObject* s = Singleton<SObject>::GetInstance(); 创建对象。

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