设计模式之单例模式（c++）

 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 0;
}
// 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；

 ·　  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 0;
}

　　在今后工作中，如果一个类（SObject）要使用单例模式（Singleton 单例模式的类模板），只需三步骤：

　　（1）类（SObject）的构造函数必须私有化；同时，拷贝构造函数、重载=操作符 也私有化；

　　（2）将单例模式的类模板声明为这个类的友元类； friend class Singleton<SObject>; 

　　（3）通过 单例模式类模板中 SObject* s = Singleton<SObject>::GetInstance(); 创建对象。