探测器 C++ Singleton(辛格尔顿)
刚开始学习的人可能误, 误以为所有的成员变量和成员方法用于 static , 就是单例模式了:
{
public:
/* static method */
private:
static Singleton m_data; //static data member 在类中声明。在类外定义
};
Singleton Singleton::m_data;
你的类就 必须 得要有构造函数, 并确保初始化顺序).
第二, 最严重的问题, 失去了面对对象的重要特性 -- "多态", 静态成员方法不可能是 virtual 的(补充一点,静态成员方法也不可能是 const 的). Singleton类的子类没法享受 "多态" 带来的便利.
二、饿汉模式
饿汉模式 是指单例实例在程序执行时被马上执行初始化:
{
public:
static Singleton& getInstance()
{
return m_data;
}
private:
static Singleton m_data; //static data member 在类中声明。在类外定义
Singleton(){}
~Singleton(){}
};
Singleton Singleton::m_data;
这就出问题了. 由于 BSingleton m_data 静态对象可能先 ASingleton 一步调用初始化构造函数, 结果 ASingleton::getInstance() 返回的就是一个未初始化的内存区域, 程序还没跑就直接崩掉。
恩。这仅仅是理论分析的结果。以下给出一个简单的样例说明一下问题所在吧!
{
public:
static ASingleton* getInstance()
{
return &m_data;
}
void do_something()
{
cout<<"ASingleton do_something!"<<endl;
}
protected:
static ASingleton m_data; //static data member 在类中声明。在类外定义
ASingleton();
~ASingleton() {}
};
class BSingleton
{
public:
static BSingleton* getInstance()
{
return &m_data;
}
void do_something()
{
cout<<"BSingleton do_something!"<<endl;
}
protected:
static BSingleton m_data; //static data member 在类中声明,在类外定义
BSingleton();
~BSingleton() {}
};
ASingleton ASingleton::m_data;
BSingleton BSingleton::m_data;
ASingleton::ASingleton()
{
cout<<"ASingleton constructor!"<<endl;
BSingleton::getInstance()->do_something();
}
BSingleton::BSingleton()
{
cout<<"BSingleton constructor!"<<endl;
}
{
;
}
BSingleton do_something!
BSingleton constructor!
BSingleton BSingleton::m_data;
这两个定义式,那么就会依次调用 ASingleton 的构造函数 和 BSingleton 的构造函数进行初始化。
{
cout<<"ASingleton constructor!"<<endl;
BSingleton::getInstance()->do_something();
}
BSingleton 类中存在着其声明,那么还是能够调用到其 do_something 方法的。
ASingleton 单例对象 m_data 也就初始化完毕了。
BSingleton 的构造函数了。
//BSingleton BSingleton::m_data;
//改动成:
BSingleton BSingleton::m_data;
ASingleton ASingleton::m_data;
BSingleton constructor!
BSingleton do_something!
实现单例模式的致命缺点。
{
public:
static Singleton* getInstance()
{
if(! m_data) m_data = new Singleton();
return m_data;
}
private:
static Singleton* m_data; //static data member 在类中声明,在类外定义
Singleton(){}
~Singleton(){}
};
Singleton* Singleton::m_data = nullptr;
getInstance() 仅仅在第一次被调用时为 m_data 分配内存并初始化. 嗯, 看上去全部的问题都攻克了, 初始化顺序有保证, 多态也没问题.
例如说,有两个多线程同一时候进入到这种方法中,同一时候运行 if 语句的推断,那么就会出现两次两次初始化静态实例变量的情况。
{
// ... release resource
if (nullptr != m_data)
{
delete m_data;
m_data = nullptr;
}
}
public:
static Singleton& getInstance() {
static Singleton theSingleton;
return theSingleton;
}
/* more (non-static) functions here */
private:
Singleton(); // ctor hidden
Singleton(Singleton const&); // copy ctor hidden
Singleton& operator=(Singleton const&); //
assign op. hidden
~Singleton(); // dtor hidden
};
const BSingleton& b = BSingleton::getInstance();
static ASingleton theSingleton;
return theSingleton;
}
BSingleton& BSingleton::getInstance() {
const ASingleton & b = ASingleton::getInstance();
static BSingleton theSingleton;
return theSingleton;
}
Singleton 类, 当中 ASingleton BSingleton 的析构函数调用了CSingleton 实例的成员函数,
程序退出时, CSingleton 的析构函数 将首先被调用, 导致实例无效, 那么兴许 ASingleton BSingleton 的析构都将失败,
导致程序异常退出.
{
static bool constructed = false;
static uninitialized Singleton instance_;
if (!constructed) {
constructed = true;
new(&s) Singleton; //construct it
}
return instance_;
}
解决问题的办法是为指示类是否已经实例化的变量提供一个相互排斥锁 (尽管这样会减少效率).
{
Lock();
//锁自己实现 static
Singleton instance_;
UnLock();
return instance_;
}
五、终极方案
{
public:
static Singleton* getInstance()
{
static Singleton instance;
return &instance;
}
protected:
struct Object_Creator
{
Object_Creator()
{
Singleton::getInstance();
}
};
static Object_Creator _object_creator;
Singleton() {}
~Singleton() {}
};
Singleton::Object_Creator Singleton::_object_creator;
在前面的方案中:饿汉模式中,使用到了类静态成员变量,可是遇到了初始化顺序的问题; 懒汉模式中。使用到了静态局部变量,可是存在着线程安全等问题。
方法。
这样就会调用到 Singleton::getInstance()
方法初始化单例对象。那么自然 Singleton 的构造函数也就运行了。
{
public:
static Singleton* getInstance()
{
static Singleton instance;
return &instance;
}
protected:
struct Object_Creator
{
Object_Creator()
{
cout<<"Object_Creator constructor"<<endl;
Singleton::getInstance();
}
};
static Object_Creator _object_creator;
Singleton() {cout<<"Singleton constructor"<<endl;}
~Singleton() {}
};
Singleton::Object_Creator Singleton::_object_creator;
Singleton constructor
{
public:
static ASingleton* getInstance()
{
static ASingleton instance;
return &instance;
}
void do_something()
{
cout<<"ASingleton do_something!"<<endl;
}
protected:
struct Object_Creator
{
Object_Creator()
{
ASingleton::getInstance();
}
};
static Object_Creator _object_creator;
ASingleton();
~ASingleton() {}
};
class BSingleton
{
public:
static BSingleton* getInstance()
{
static BSingleton instance;
return &instance;
}
void do_something()
{
cout<<"BSingleton do_something!"<<endl;
}
protected:
struct Object_Creator
{
Object_Creator()
{
BSingleton::getInstance();
}
};
static Object_Creator _object_creator;
BSingleton();
~BSingleton() {}
};
ASingleton::Object_Creator ASingleton::_object_creator;
BSingleton::Object_Creator BSingleton::_object_creator;
ASingleton::ASingleton()
{
cout<<"ASingleton constructor!"<<endl;
BSingleton::getInstance()->do_something();
}
BSingleton::BSingleton()
{
cout<<"BSingleton constructor!"<<endl;
}
BSingleton constructor!
BSingleton do_something!
class Singleton
{
struct object_creator
{
object_creator()
{
Singleton<T>::instance();
}
inline void do_nothing() const {}
};
static object_creator create_object;
public:
typedef T object_type;
static T& instance()
{
static T obj;
//这个do_nothing是确保create_object构造函数被调用
//这跟模板的编译有关
create_object.do_nothing();
return obj;
}
};
template <typename T> typename Singleton<T>::object_creator
Singleton<T>::create_object;
class QMManager
{
protected:
QMManager() {}
~QMManager() {}
friend class Singleton<QMManager>;
public:
void do_something() {};
};
int main()
{
Singleton<QMManager>::instance().do_something();
;
}
boost 通过加入一个类似 proxy-class 的方式,实现了单例模式,可是显然添加了复杂性,在实际应用中应该依据实际情况採用适当的实现方案。
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