单例模式,它的意图是保证一个类仅拥有一个实例,并在对外提供一个全局访问点,该实例被所有模块共享。这种模式的应用范围很广,比如系统日志输出,操作系统的窗口管理器,PC连接的键盘等等。
单例模式是一种设计模式,它的具体实现和各种语言特性有关,这里主要介绍在C++上面的实现,测试平台为Win7 64位,VS2010开发环境。
根据参考博文中的例子,在此先列举一下各种实现策略,以下均以CSingleton为类名来举例。
1. 使用一个全局对象,比如就叫CSingleton g_instance,优点是访问方便,缺点是不能保证此类对象唯一,除了全局对象外,还能够创建CSingleton的局部实例。
2. 使用类的静态成员变量,此变量为私有的静态成员指针,如static CSingleton1 *m_pInstance;此时,需要考虑让类自己在合适的时候释放掉此成员指针所指向的内容。
3. 使用类的静态成员变量,此变量为私有的静态成员,如static CSingleton1 m_pInstance;
在给出代码前,要说明几个知识点:
1. 类的静态成员(包括 成员变量和成员函数),属于类自身,所有实例对象均共享同一副本。
2. 静态成员初始化操作在进入main函数之前,就已经分配空间并且完成初始化。静态成员变量必须在类体外初始化,通过类似 CSingleton1* CSingleton::m_pInstance = NULL的方式来定义初始化数值。如果不初始化,那么此成员就不会被分配空间,也就不会在类中存在。
4. 静态成员在程序退出main函数后,会转到CRT类函数的清理中,完成程序静态变量、类的析构函数等资源释放的调用,具体细节就无需考虑,只需要知道退出main函数还需要做清理工作就行。
3. 声明在类内部的类,成为嵌套类,它一般用来声明只在类内部使用的类。如果一定要在外部使用,需要加域解析符::
好了,基本铺垫完成,开始码代码,先从简单开始。
静态类变量方式,起先可以是类的成员变量,但需要在外部进行初始化,不优雅。其实,在类的静态成员函数中声明静态局部类变量,是一种更简洁的方法。
class CSingleton { private: CSingleton() //构造函数是私有的 { } CSingleton(const CSingleton &); CSingleton & operator = (const CSingleton &); public: static CSingleton & GetInstance() { static CSingleton instance; //局部静态变量 return instance; } }; |
静态类指针方式:这种方式实现,因为有分配空间,所以需要考虑的东西比较多。参考C++的单例模式一文中的代码,下面给出经过亲身实践后,无内存泄露的代码。重要的地方,都写上了注释,便于大家理解。
// singlethon.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。 #include <iostream> #include <Windows.h> using namespace std; //用于开启CRT 内存泄露检测问题 #define _CRTDBG_MAP_ALLOC #include <stdlib.h> #include <crtdbg.h> //多线程保护锁类 class Lock { private: CRITICAL_SECTION m_cs; // 封装临界区 Lock(){}; Lock(const Lock&){}; Lock& operator=(const Lock&){}; public: Lock(CRITICAL_SECTION cs):m_cs(cs) { InitializeCriticalSection(&m_cs); } void StartLock() { EnterCriticalSection(&m_cs); } void StopLock() { // 离开临界区 //LeaveCriticalSection(&m_cs); } ~Lock() { // 离开临界区 放在这里 貌似更好点 LeaveCriticalSection(&m_cs); // 临界区不用的时候,进行销毁释放占用资源 DeleteCriticalSection(&m_cs); } }; //自己仿照参考,实现一个单例模式 class Singlethon { //内嵌类,只能在Singlethon中使用,无法直接在外部使用 class CGarbo //唯一的作用,在析构函数中,删除Singlethon的实例 { public: CGarbo() { cout << "constructor CGarbo"<<endl; } ~CGarbo() { if(Singlethon::m_pInstance) { cout << "execute CGarbo destructor function"<<endl; delete Singlethon::m_pInstance; } } }; private: Singlethon(){cout << "constructor Singlethon "<<endl;}; //禁止直接声明 Singlethon single; Singlethon(const Singlethon&){}; //禁止间接声明 Singlethon single2(*(Singlethon::GetInstance())); // 或者 Singlethon single2 = (*(Singlethon::GetInstance())); Singlethon& operator=(const Singlethon&){}; //禁止赋值操作 Singlethon single;single = *(Singlethon::GetInstance()); static Singlethon* m_pInstance; static CGarbo Garbo; //静态成员变量,程序结束时,系统自动调用它的析构函数 static CRITICAL_SECTION cs; public: static Singlethon* GetInstance(); ~Singlethon() { cout << "execute Singlethon destructor function"<<endl; //不能在这里释放自身,因为CGarbox的析构函数会先于自身析构执行,而它在执行时,会调用 delete Singlethon::m_pInstance; //这会触发Singlethon自身的析构函数,而这里,再一次调用 delete Singlethon::m_pInstance,这就造成无限循环 //最终会报错堆栈溢出的错误 #if 0 if(Singlethon::m_pInstance) delete Singlethon::m_pInstance; Singlethon::m_pInstance = NULL; #endif } }; //以下三句话,缺一不可 Singlethon::CGarbo Singlethon::Garbo; Singlethon* Singlethon::m_pInstance = NULL; Singlethon* Singlethon::GetInstance() { if (NULL == m_pInstance) { Lock lock(cs); lock.StartLock(); if (NULL == m_pInstance) { m_pInstance = new Singlethon; } lock.StopLock(); } //正常退出或者异常抛出,这里都会自动调用lock的析构函数,因为lock的作用域是局部的 return m_pInstance; } int main() { //开启CRT内存泄露检测功能 _CrtSetDbgFlag ( _CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF ); Singlethon* p1 = Singlethon::GetInstance(); Singlethon* p2 = Singlethon::GetInstance(); if ( p1 == p2) { cout << "单例模式测试成功!!"<<endl; } else { cout << "单例模式测试失败!!"<<endl; } return 0; } |