軟體開發常用設計模式—單例模式總結（c++版）

單例模式：就是隻有一個執行個體。

singleton pattern單例模式：確定某一個類在程式運作中隻能生成一個執行個體，并提供一個通路它的全局通路點。這個類稱為單例類。如一個工程中，資料庫通路對象隻有一個，電腦的滑鼠隻能連接配接一個，作業系統隻能有一個視窗管理器等，這時可以考慮使用單例模式。

衆所周知，c++中，類對象被建立時，編譯系統為對象配置設定記憶體空間，并自動調用構造函數，由構造函數完成成員的初始化工作，也就是說使用構造函數來初始化對象。

1、那麼我們需要把構造函數設定為私有的 private，這樣可以禁止别人使用構造函數建立其他的執行個體。

2、又單例類要一直向系統提供這個執行個體，那麼，需要聲明它為靜态的執行個體成員，在需要的時候，才建立該執行個體。

3、且應該把這個靜态成員設定為 null，在一個public 的方法裡去判斷，隻有在靜态執行個體成員為 null，也就是沒有被初始化的時候，才去初始化它，且隻被初始化一次。

通常我們可以讓一個全局變量使得一個對象被通路，但它不能阻止你執行個體化多個對象。如果采用全局或者靜态變量的方式，會影響封裝性，難以保證别的代碼不會對全局變量造成影響。

一個最好的辦法是，讓類自身負責儲存它的唯一執行個體。這個類可以保證沒有其他執行個體可以被建立，并且它可以提供一個通路該執行個體的方法，單例模式比全局對象好還包括，單例類可以繼承。

單例模式又分為兩種基本的情形：餓漢式和懶漢式

直接在靜态區初始化 instance，然後通過 get 方法傳回，這樣這個類每次直接先生成一個對象，好像好久沒吃飯的餓漢子，急着吃飯一樣，急切的 new 對象，這叫做餓漢式單例類。或者是在 get 方法中才 new instance，然後傳回這個對象，和懶漢字一樣，不主動做事，需要調用 get 方法的時候，才 new 對象，這就叫做懶漢式單例類。

如下是懶漢式單例類

執行個體化了1個對象！

program ended with exit code: 0

小結：

懶漢式單例模式是用時間換取控件，餓漢式單例模式，是用空間換取時間。

繼續分析，考慮多線程下的懶漢式單例模式

上述代碼在單線程的情況下，運作正常，但是遇到了多線程就出問題，假設有兩個線程同時運作了這個單例類，同時運作到了判斷 if 語句，并且當時，instance 執行個體确實沒有被初始化呢，那麼兩個線程都會去運作并建立執行個體，此時就不滿足單例類的要求了。那麼我們需要寫上線程同步的功能。

此時，還是有 ab 兩個線程來運作這個單例類，由于在同一時刻，隻有一個線程能拿到同步鎖（互斥信号量機制），a 拿到了同步鎖，b 隻能等待，如果 a發現執行個體還沒建立，a 就會建立一個執行個體，建立完畢，a 釋放同步鎖，然後 b 才能拿到同步鎖，繼續運作接下來的代碼，b 發現 a 線程運作的時候，已經生成了一個執行個體，b 線程就不會重複建立執行個體了，這樣就保證了我們在多線程環境中隻能得到一個執行個體。

繼續分析多線程下的懶漢式單例模式

代碼中，每次 get 方法中，得到 instance，都要判斷是否為空，且判斷是否為空之前，都要先加同步鎖，如果線程很多的時候，就要先等待加了同步鎖的線程運作完畢，才能繼續判斷餘下的線程，這樣就會造成大量線程的阻塞，且加鎖是個非常消耗時間的過程，應該盡量避免（除非很有必要的時候）。可行的辦法是，雙重判斷方法。

因為，隻是在執行個體還沒有建立的時候，需要加鎖判斷，保證每次隻有一個線程建立執行個體，而當執行個體已經建立之後，其實就不需要加鎖操作了。

雙重判斷的線程安全的懶漢式單例模式 

這樣的雙重檢測機制，提高了單例模式在多線程下的效率，因為這樣的代碼，隻需要在第一次建立執行個體的時候，需要加鎖，其他的時候，線程無需排隊等待加鎖之後，再去判斷了，比較高效。

再看餓漢式的單例模式，之前看了懶漢式的單例類，是線程不安全的，通過加鎖（雙重鎖），實作線程安全

回憶餓漢式單例類：直接在靜态區初始化 instance，然後通過 get 方法傳回，這樣這個類每次直接先生成一個對象，好像好久沒吃飯的餓漢子，急着吃飯一樣，急切的 new 對象，這叫做餓漢式單例類。

注意：靜态初始化執行個體可以保證線程安全，因為靜态執行個體初始化在程式開始時進入主函數之前，就由主線程以單線程方式完成了初始化！餓漢式的單例類，也就是靜态初始化執行個體保證其線程安全性，故在性能需求較高時，應使用這種模式，避免頻繁的鎖争奪。

繼續看單例模式

上面的單例模式沒有 destory() 方法，也就是說，貌似上面的單例類沒有主動析構這個唯一執行個體！然而這就導緻了一個問題，在程式結束之後，該單例對象沒有delete，導緻記憶體洩露！下面是一些大神的方法：一個妥善的方法是讓這個類自己知道在合适的時候把自己删除，或者說把删除自己的操作挂在作業系統中的某個合适的點上，使其在恰當的時候被自動執行。

我們知道，程式在結束的時候，系統會自動析構所有的全局變量。事實上，系統也會析構所有的類的靜态成員變量，就像這些靜态成員也是全局變量一樣。如果在類的析構行為中有必須的操作，比如關閉檔案，釋放外部資源，那麼上面的代碼無法實作這個要求。我們需要一種方法，正常的删除該執行個體。利用這些特征，我們可以在單例類中定義一個這樣的靜态成員變量，而它的唯一工作就是在析構函數中删除單例類的執行個體。如下面的代碼中的garbage類：

調用了單例類的構造函數

a = b

單例類的唯一執行個體被析構了

調用了單例類的析構函數

類garbage被定義為singleton的内嵌類，以防該類在其他地方濫用，程式運作結束時，系統會調用singleton的靜态成員garbage的析構函數，該析構函數會删除單例的唯一執行個體，使用這種方法釋放單例對象有以下特征：

1、在單例類内部定義專有的嵌套類；

2、在單例類内定義私有的專門用于釋放的靜态成員；

3、利用程式在結束時析構全局變量的特性，選擇最終的釋放時機；

4、使用單例的代碼不需要任何操作，不必關心對象的釋放。

其實，繼續想單例類的實作，有的人會這樣做：

在程式結束時調一個專門的方法，這個方法裡判斷執行個體對象是否為 null，如果不為 null，就對傳回的指針掉用delete操作。這樣做可以實作删除單例的功能，但不僅很醜陋，而且容易出錯。因為這樣的附加代碼很容易被忘記，而且也很難保證在delete之後，沒有代碼再調用getinstance函數。不推薦直接的删除方法。

繼續檢視單例模式：單例模式在實際開發過程中是很有用的，單例模式的特征總結：

1、一個類隻有一個執行個體

2、提供一個全局通路點

3、禁止拷貝

逐個分析：

1、實作隻有一個執行個體，需要做的事情：将構造函數聲明為私有

2、提供一個全局通路點，需要做的事情：類中建立靜态成員和靜态成員方法

3、禁止拷貝：把拷貝構造函數聲明為私有，并且不提供實作，将指派運算符聲明為私有，防止對象的指派

完整的單例類實作代碼如下：

單例類de測試，兩個方法：

1、執行個體化多個對象，看調用了幾次構造函數，如果隻調用一次，說明隻建立一個執行個體

2、單步跟蹤，檢視對象的位址，是否一樣，一樣則為一個對象

辛苦的勞動，轉載請注明出處，謝謝……

http://www.cnblogs.com/kubixuesheng/p/4355055.html