C++ 中的Singleton 类的实现讨论
2004-07-28 01:02
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ANSI C++ 中的 Singleton 实现说难不难,说容易也不容易,很多人写 ANSI C++ 的 Singleton class 都有错误。这篇文章讨论怎样在 ANSI c++ 中写 Singleton class, 希望对大家有帮助。 《设计模式》中把 Singleton 写成返回指针:
相应的实现 cpp 文件是:
将构造函数设计成 protected 的目的是防止在 class 外面 new ,有人可能会设计成 private ,如果考虑到有可能会继承这个类的话,还是将构造函数设计成 protected 比较好,还需要加一个 virtual 析构函数。为了防止别人复制 Singleton 对象:
但是这里存在的问题是,什么时候删除 Singleton 对象?按照 C++ 的一个基本原则,对象在哪里创建就在哪里销毁,这里还应该放一个 destroy 方法来删除 Singleton 对象。如果忘了删除就比较麻烦。Instance 函数还存在多线程同时访问的加锁问题。如果把 Instance 函数开始和结尾放上加锁和解锁,整个函数性能会下降很多。这不是一个好的设计。
有一个小小的改动,可以避免忘了删除 Singleton 对象带来内存泄露的问题。那就是用 std:auto_ptr 来包含 Singleton 对象,定义一个class static member auto_ptr 对象,在析构的静态 auto_ptr 变量的时候时候自动删除 Singleton 对象。为了不让用户 delete Singleton 对象,需要将析构函数由 public 变成 protected。以下是头文件 SingletonAutoPtr.h :
对应的 SingletonAutoPtr.cpp 如下:
调用方法:
写一个 C++ 中的 Singleton 需要这么费劲,大大出乎我们的意料。有很多人从未用过 auto_ptr,而且 std:auto_ptr 本身就并不完美,它是基于对象所有权机制的,相比之下,Apache Log4cxx 中有一个 auto_ptr, 是基于对象计数的,更为好用。只是为了用一个好的 auto_ptr 而不得不用 log4cxx , 对于很多项目来说,也不太好。当然了,ANSI C++ 的 STL 中 std:auto_ptr 对于写上面的例子已经足够用了。
另外一个思路是,把 GetInstance 函数设计成 static member 可能更好,因为一般来说,Singleton 对象都不大,static member 虽然必须一直占用内存,问题不大。这里的析构函数必须设成 public 了。以下是头文件 SingleStaticObj.h
调用方法:
从代码量来说,似乎使用 static member ref 更为简单。我更偏向于用这种方法。
但是,并不是所有情况下面都适合用 static member singleton。比如说,GetInstance 需要动态决定返回不同的 instance 的时候,就不能用。举例来说,FileSystem::GetInstance, 在 windows 下面运行可能需要返回 new WinFileSystem, Linux/Unix 下面运行可能需要返回 new LinuxFileSystem,这个时候还是需要用上面的 auto_ptr 包含 singleton 指针的方法。
class Singleton{ public: static Singleton* Instance(); protected: Singleton(); private: static Singleton* _instance; }; |
Singleton* Singleton::_instance; Singleton* Singleton::Instance(){ if( _instance == 0){ _instance = new Singleton; }; return _instance; } |
将构造函数设计成 protected 的目的是防止在 class 外面 new ,有人可能会设计成 private ,如果考虑到有可能会继承这个类的话,还是将构造函数设计成 protected 比较好,还需要加一个 virtual 析构函数。为了防止别人复制 Singleton 对象:
Singleton* pSingleton = Singleton::Instance(); Singleton s1 = *pSingleton; Singleton s2 = *pSingleton; 需要将拷贝构造(copy constructor)函数变成 private。 |
有一个小小的改动,可以避免忘了删除 Singleton 对象带来内存泄露的问题。那就是用 std:auto_ptr 来包含 Singleton 对象,定义一个class static member auto_ptr 对象,在析构的静态 auto_ptr 变量的时候时候自动删除 Singleton 对象。为了不让用户 delete Singleton 对象,需要将析构函数由 public 变成 protected。以下是头文件 SingletonAutoPtr.h :
#include <memory> using namespace std; class CSingletonAutoPtr { private: static auto_ptr<CSingletonAutoPtr> m_auto_ptr; |
static CSingletonAutoPtr* m_instance; protected: CSingletonAutoPtr(); CSingletonAutoPtr(const CSingletonAutoPtr&); virtual ~CSingletonAutoPtr(); //allow auto_ptr to delete, using protected ~CSingletonAutoPtr() friend class auto_ptr<CSingletonAutoPtr>; public: static CSingletonAutoPtr* GetInstance(); void Test(); }; |
对应的 SingletonAutoPtr.cpp 如下:
#include "SingletonAutoPtr.h" #include <iostream> //initial static member vars here CSingletonAutoPtr* CSingletonAutoPtr::m_instance = NULL; auto_ptr<CSingletonAutoPtr> CSingletonAutoPtr::m_auto_ptr; ///////////////////////////////////////// // Construction/Destruction ///////////////////////////////////////// CSingletonAutoPtr::CSingletonAutoPtr() { cout << "CSingletonAutoPtr::CSingletonAutoPtr()" << endl; //put single object into auto_ptr object m_auto_ptr = auto_ptr<CSingletonAutoPtr>(this); } CSingletonAutoPtr::~CSingletonAutoPtr() { cout << "CSingletonAutoPtr::~CSingletonAutoPtr()" << endl; } CSingletonAutoPtr* CSingletonAutoPtr::GetInstance() { //begin lock //.... if(m_instance == NULL) m_instance = new CSingletonAutoPtr(); //end lock //... return m_instance; |
} void CSingletonAutoPtr::Test() { cout << "CSingletonAutoPtr::Test()" << endl; } |
调用方法:
CSingletonAutoPtr* pSingleton = CSingletonAutoPtr::GetInstance(); pSingleton->Test(); |
写一个 C++ 中的 Singleton 需要这么费劲,大大出乎我们的意料。有很多人从未用过 auto_ptr,而且 std:auto_ptr 本身就并不完美,它是基于对象所有权机制的,相比之下,Apache Log4cxx 中有一个 auto_ptr, 是基于对象计数的,更为好用。只是为了用一个好的 auto_ptr 而不得不用 log4cxx , 对于很多项目来说,也不太好。当然了,ANSI C++ 的 STL 中 std:auto_ptr 对于写上面的例子已经足够用了。
另外一个思路是,把 GetInstance 函数设计成 static member 可能更好,因为一般来说,Singleton 对象都不大,static member 虽然必须一直占用内存,问题不大。这里的析构函数必须设成 public 了。以下是头文件 SingleStaticObj.h
class CSingletonStaticObj { private: static CSingletonStaticObj m_instance; protected: CSingletonStaticObj(); CSingletonStaticObj(const CSingletonStaticObj&); public: virtual ~CSingletonStaticObj(); //must public static CSingletonStaticObj& GetInstance(); void Test(); }; 对应的 SingleStaticObj.cpp 文件为: #include "SingletonStaticObj.h" #include <string> #include <iostream> |
using namespace std; CSingletonStaticObj CSingletonStaticObj::m_instance; CSingletonStaticObj::CSingletonStaticObj() { cout << "CSingletonStaticObj::CSingletonStaticObj()" << endl; } CSingletonStaticObj::~CSingletonStaticObj() { cout << "CSingletonStaticObj::~CSingletonStaticObj()" << endl; } CSingletonStaticObj& CSingletonStaticObj::GetInstance() { return m_instance; } void CSingletonStaticObj::Test() { cout << "CSingletonStaticObj::Test()" << endl; } |
调用方法:
CSingletonStaticObj& singleton = CSingletonAutoPtr::GetInstance(); singleton.Test(); |
从代码量来说,似乎使用 static member ref 更为简单。我更偏向于用这种方法。
但是,并不是所有情况下面都适合用 static member singleton。比如说,GetInstance 需要动态决定返回不同的 instance 的时候,就不能用。举例来说,FileSystem::GetInstance, 在 windows 下面运行可能需要返回 new WinFileSystem, Linux/Unix 下面运行可能需要返回 new LinuxFileSystem,这个时候还是需要用上面的 auto_ptr 包含 singleton 指针的方法。
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