单例模式

• 需求的提出 :

  • 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：超市收银系统中，一个显示器、一个扫描枪、一个键盘...

问题：
如何定义一个类，使得这个类最多只能创建一个对象呢?

• 要控制类的对象数目，必须对外隐藏构造函数

• 思路：

  • 将构造函数的访问属性设置为 PRivate
  • 定义 instance 并初始化为 NULL

  • 当使用对象时，访问 instance 的值

    • 空值： 创建对象，并用 instance 标记
    • 非空值： 返回 instance 标记的对象

编程实验： 单例模式初探

#include <iostream>

using namespace std;

class SObject
{
private:
    static SObject* c_instance;
    
    SObject& operator=(const SObject&);
    SObject(const SObject&);
    SObject()
    {
    }
public:
    static SObject* GetInstance();

    void print()
    {
        cout << "this = " << this << endl;
    }
};

SObject* SObject::c_instance = NULL;

SObject* SObject::GetInstance()
{
    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();
    s1->print();
    s2->print();

    return 0;
}

输出：
this = 0x8069008
this = 0x8069008
this = 0x8069008

思考：为什么没有销毁对象释放内存的操作呢？
单例模式提出的背景：这唯一的对象与整个系统的生命周期相同。即如果系统还在运行，就不需要销毁对象释放内存。

• 存在的问题

  • 需要使用单例模式时：

    • 必须在使用的类中定义静态成员变量 c_instance
    • 必须在使用的类中定义静态成员函数 GetInstance()

• 解决方案

将单例模式相关的代码抽取出来，开发单例类模板。当需要单例类时，直接使用单例类模板

编程实验： 单例类模板

Singleton.h

#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_

template 
< typename T >
class Singleton
{
private:
    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

#include <iostream>
#include "Singleton.h"

using namespace std;

class SObject
{
private:
    friend class Singleton<SObject>;        // 当前类需要使用单例模式
    
    SObject& operator=(const SObject&);
    SObject(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();
    s1->print();
    s2->print();

    return 0;
}

输出：
this = 0x8188008
this = 0x8188008
this = 0x8188008

小结

• 单例模式是开发中最常用的设计模式之一
• 单例模式的应用使得一个类最多只有一个对象
• 可以将单例模式相关的代码抽象成类模板
• 需要使用单例模式的类直接使用单例类模板

以上内容参考狄泰软件学院系列课程，请大家保护原创