单实例计划情势的实现[VC/C++编程]

单实例计划大概是利用最遍及的计划情势.其思惟企图是保证一个类只有一个实例,并且供应类对象的全程拜候.单实例对象利用的范围很广:如GUI利用必须是单鼠标,MODEM的联接需求一条且只需求一条电话线,操作系统只能有一个窗口管理器,一台PC连一个键盘.本文将谈论若何用C++实现单实例情势,并注释若何优化单线程利用的计划.

计划筹划

利用全程对象可以保证便利地拜候实例,但是不能保证只声明一个对象-也就是说除了一个全程实例外,仍旧能成立相同类的本地实例.单实例情势通过类本身来管理其唯一实例,这种特点供应了问题的办理办法.唯一的实例是类的一个普通对象,但计划这个类时,让它只能成立一个实例并供应对此实例的全程拜候.唯一实例类Singleton在静态成员函数中躲藏成立实例的操作.习惯上把这个成员函数叫做Instance(),它的返回值是唯一实例的指针.Singleton的定义以下:

class Singleton
{
public:
static Singleton* Instance();
protected:
Singleton();
Singleton(const Singleton&);
Singleton& operator= (const Singleton&);
private:
static Singleton* pinstance;
};

你还可以成立诸如Mouse,FileManager,Scheduler等为名字的类并声明呼应的成员.为了保证用户不能成立类的本地实例,Singleton的构造器是赋值操作符,构造函数的副本被声明为protected.类中还声明了一个私有的静态实例指针.当第一次调用静态函数Instance()时,它成立唯一实例,将实例地址赋值给pinstance,然后返回这个地址.在每次并发调用中,Instance()也将只返回这个地址.

下面是类的实现:

Singleton* Singleton::pinstance = 0;// 初始化指针
Singleton* Singleton::Instance ()
{
if (pinstance == 0) // 是第一次调用吗?
{
pinstance = new Singleton; // 成立唯一实例
}
return pinstance; // 唯一实例的地址
}
Singleton::Singleton()
{
//... 实现必要的实例初始化
}

用户拜候唯一实例的办法只有Instance()成员函数.假如不通过这个函数,任何成立实例的尝试都将失利,因为类的构造函数是被保护的.Instance()利用怠惰初始化,也就是说它返回的值是当这个函数被初次拜候时被成立的.这是一种防弹计划-全部Instance()之后的调用都返回相同实例的指针:

Singleton *p1 = Singleton::Instance();
Singleton *p2 = p1->Instance();
Singleton & ref = * Singleton::Instance();

固然本文的例子针对的是单实例,但对Instance()略加改正,这个计划模板便可实用于可变多实例情形.如一个类答应最多五个实例.

优化Singleton类,使之实用于单线程利用

Singleton利用操作符new为唯一实例分配存储空间.因为new操作符是线程安全的,在多线程利用中你可以利用此计划模板.但是有一个缺陷:就是在利用程序终止之前必须手工用delete摧毁实例.不然,不但招致内存溢出,还要造成不可猜测的行为,因为Singleton的析构函数将根本不会被调用.而通过利用本地静态实例替换动态实例,单线程利用可以很简单避免这个问题.以下是与上面的Instance()稍有差别的实现,这个实现专门用于单线程利用:

Singleton* Singleton::Instance ()
{
static Singleton inst;
return &inst;
}

本地静态对象实例inst是第一次调用Instance()时被构造,一向保持活动状况直到利用程序终止.指针pinstance变得多余并可以从类定义中删撤除.与动态分配对象差别,静态对象当利用程序终止时被自动销毁掉,所以就没必要再手动销毁实例了.