C++编程练习(14)-------“单例模式”的实现

单例模式

单例模式是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例类的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例而且该实例易于外界访问，从而方便对实例个数的控制并节约系统资源。如果希望在系统中某个类的对象只能存在一个，单例模式是最好的解决方案。

对于系统中的某些类来说，只有一个实例很重要，例如，一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；一个系统只能有一个窗口管理器或文件系统；一个系统只能有一个计时工具或ID(序号)生成器。如在Windows中就只能打开一个任务管理器。如果不使用机制对窗口对象进行唯一化，将弹出多个窗口，如果这些窗口显示的内容完全一致，则是重复对象，浪费内存资源；如果这些窗口显示的内容不一致，则意味着在某一瞬间系统有多个状态，与实际不符，也会给用户带来误解，不知道哪一个才是真实的状态。因此有时确保系统中某个对象的唯一性即一个类只能有一个实例非常重要。

如何保证一个类只有一个实例并且这个实例易于被访问呢？定义一个全局变量可以确保对象随时都可以被访问，但不能防止我们实例化多个对象。一个更好的解决办法是让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例被创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法。这就是单例模式的模式动机。（摘自 刘伟主编 ．设计模式 ．北京市 ：清华大学出版社 ，2011 ：134-135 ．）

单例模式的特点有3个：

1、单例类只能有一个实例。

2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

Singleton 模式包含的角色只有一个，就是Singleton 。Singleton 拥有一个私有构造函数，确保用户无法用过 new 直接实例化它。除此之外，该模式中包含一个静态私有成员变量 instance 与静态公有方法 Instance()。Instance 方法负责检验并实例化自己，然后存储在静态成员变量中，以确保只有一个实例被创建。

测试代码如下：

/* C++单例模式 */
#include<iostream>
using namespace std;


class Singleton
{
private:
	Singleton()	//构造函数是私有的
	{
		cout<<"Creat Singleton."<<endl;
	}
	static Singleton* m_instance;
public:
	static Singleton* GetInstance()
	{
		if(m_instance == NULL)	//判断是否为第一次调用
		m_instance = new Singleton();
		return m_instance;
	}
};
Singleton* Singleton::m_instance = NULL;
int main()
{
	Singleton* p1 = Singleton::GetInstance();
	Singleton* p2 = p1->GetInstance();
	Singleton* p3 = Singleton::GetInstance();
	Singleton &ref = *Singleton::GetInstance();
	cout<<p1<<endl;
	cout<<p2<<endl;
	cout<<p3<<endl;
	cout<<&ref<<endl;
}

测试结果如下图：

从测试结果图中可以看到，main 函数创建了4次 Singleton 类实例，但真正只在第一次调用了构造函数，且4次创建均返回相同的指针，这说明 GetInstance() 使用懒惰初始化，也就是说它的返回值是当这个函数首次被访问时被创建的。