c++ 中的单例类模板的实现方法

提示：扫一扫查出行
【扫一扫了解最新限行尾号】
复制提示

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 ;

 }