【设计模式】Singleton模式C++实现

落日映苍穹つ 2022-01-21 00:35 283阅读 0赞

Singleton是设计模式中比较简单的一个。园中的朋友们应该都很熟悉了。前段时间参加xxx外企的面试，和面试官讨论C++的时候正好写了一个。当时由于在有些地方考虑不太周全，代码出现了一些疏漏。不过最终写出了合格的实现。

# Singleton模式 #

*要求：*

*1、保证类只有一个实例*

*2、实例只能由类自身构造*

*3、必须为其他所有对象提供这一对象以访问。*

由此，我们画出Singleton模式的结构图如下：

![20130617142738000][]

根据要求，类实例只能由自身构造，因此必须要控制构造函数（*默认构造函数和拷贝构造函数*）的访问权限（*这里不考虑继承的问题*）。

class Singleton{
         private:
             Singleton();
             Singleton(Singleton &t);      
    };

第一条，要求类只能有一个实例，因此必须防止客户出现拷贝或者复制的情况。

class Singleton{
       private:
          Singleton();
          Singleton(Singleton &t);
          Singleton& operator= (Singleton &rhs);
    };

最终实现如下：

class Singleton{
       public:
          Singleton *Instance();
       private:
          static Singleton *instance;
          Singleton();
          Singleton(Singleton &t);
          Singleton& operator =(Singleton& rhs);
    };
    
    Singleton* Singleton::instance = null;
    Singleton* Singleton::Instance{
        if(instance == null){
           instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

在上面的代码中，客户需要通过下面的方式取得单例对象

Singleton *ps = Singleton::Instance();

因为函数返回了一个对象的指针，如果客户失误调用delete操作符，则很容易出现错误甚至程序崩溃。因此可以修改Singleton::Instance()的实现：

class Singleton{
       public:
          Singleton *Instance();
       private: 
          Singleton();
          Singleton(Singleton &t);
          Singleton& operator =(Singleton& rhs);
    };
    
    Singleton* Singleton::Instance{
        static Singleton instance;
        return &instance;
    }

这样更加安全，也体现了延迟创建的原则。

# 多态的实现 #

比较简单而且好用的方法是使用模板。

template<class T>
    class Singleton{
       public:
           T* Instance(){ static T t; return &t; }
       private:
           Singleton();
           Singleton(Singleton&);
           Singleton& operator=(Singleton&);
    };

在定义C++类时，编译器会为我们自动创建一些函数（*构造，析构，赋值操作符等*），并且默认访问权限为public，如果不希望客户调用它，应该明确避免使用默认的实现，手动定义并限制其访问权限(Effective C++中的设计原则)，在这个例子中得到了非常好的应用。

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*2013-06-17   14:33:34*

[20130617142738000]: /images/20220121/4deff89df7724a68b874411250cd00bd.png