[設計模式之禪讀書筆記]007_23種設計模式一：單例模式

   序言

   今天開始學習23種設計模式的第一個模式——單例模式，以前在網上也看過不少人寫的單例模式博文，也算已經吸收了不少。今天看《設計模式之禪》里對設計模式的講解，作者說的還挺細致的。唯一可惜的是作者用java講解單例模式，而我自己從去年工作后就用的是C++，本着學什么用什么的原則，我就用C++來記錄一下學習成果吧。希望這篇博客能把我學到的分享給跟我一樣在園子的讀者。

   正文

1. 單例模式的現實場景

   作者開篇用皇帝來類比單例，而我有個更好的例子，且聽我一一道來。太陽系中有一個恆星和九大行星，至少我上學的時候是九大行星，后來因為冥王星太小了，被除名了。可是我還是覺得九這個數字比較好，比如九大行星，九星連珠，說起來爽口。扯遠了，單例模式在這太陽系中相當於什么呢？太陽。是的，太陽。地球說，我要陽光；金星說，我要陽光。這些陽光都來自同一個太陽，也就是說關於太陽這個類的對象，整個太陽系只有一個。這就是單例模式，無論我在太陽系的哪個行星上，我得到的陽光都是來自同一個太陽的。

2. 單例模式實現（一）——非同步單例模式、懶漢式單例

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton{
public:
    static Singleton* getInstance(){
        if(instance == NULL){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
private:
    static Singleton *instance;
    Singleton(){}; // 使得該類不能在外部初始化
};
Singleton* Singleton::instance; // 注意，類里面的instance只是聲明，static變量必須類外定義

int main(){
    Singleton *instance = Singleton::getInstance();
    system("pause");
    return 0;
}

源碼實現解讀

   上面的代碼是完整的控制台程序，VS2010 Pro下可以正確編譯運行。下面對這段程序的重點進行介紹一下：

      ■ 類Singleton擁有一個靜態成員指針變量，該指針為整個類共享

      ■ 類Singleton擁有一個私有的無參構造函數，這說明，在類外是無法通過構造方法來實例化對象的

      ■ 類Singleton擁有一個getInstance的方法，這個方法內部用於實例化instance成員指針變量

   上面的單例實現又被稱為懶漢式的單例模式，為什么呢？因為類Singleton的成員instance只有在被調用的時候才會被初始化，所以被稱為懶漢式單例實現。

問題缺點

   上面的實現有沒有問題呢？有。在多線程場景中，上面的代碼很容易產生多個實例，為什么呢？我畫了一張圖，如下：

    

   從上圖可以看出，在多線程環境下，如果還是按照上面的代碼實現的話，就會發生多次創建instance的情況，所以上面的代碼還是有問題的，不過僅僅是在多線程的環境下。

3. 單例模式實現（二）——同步單例模式、餓漢式單例

   針對2中出現的多線程問題，我們用下面的代碼就可以很輕易的結局。

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton{
public:
    static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
private:
    static Singleton instance;
    Singleton(){}; // 使得該類不能在外部初始化
};
Singleton Singleton::instance; // 注意，類里面的instance只是聲明，static變量必須類外定義

int main(){
    Singleton instance = Singleton::getInstance();
    system("pause");
    return 0;
}

   上面的代碼在類創建的時候，實例instance就被創建了，這樣就不會發生多線程多次創建實例的情況了。程序解讀如下：

      ■ 類Singleton擁有一個靜態實例變量，而不是指針

      ■ 類Singleton擁有一個私有構造方法，這跟懶漢式是一樣的。

   上面的實現為什么叫惡漢式單例呢？因為上面的實現在調用Singleton的getInstance之前就應景實例化了一個靜態的屬於該類的靜態成員變量。

問題缺點

   上面的實現結局了多線程問題，那還有沒有問題呢？有。仔細觀察一下，發現有這樣一句話：Singleton instance = Singleton::getInstance(); 創建的對象通過Singleton的賦值運算符被賦值給了instance了，這就不好了，雖然對類Singleton中的instance來說，永遠只有一個。但是它被復制了，這樣就不是單例了，那怎么辦呢？辦法很簡單，就是把類Singleton的拷貝構造函數和賦值操作符變為private就可以了，修改后的代碼如下:

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton{
public:
    static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
private:
    static Singleton instance;
    Singleton(){}; // 使得該類不能在外部初始化
    Singleton(const Singleton& singleton);
    Singleton & operator = (const Singleton&);
};
Singleton Singleton::instance; // 注意，類里面的instance只是聲明，static變量必須類外定義

int main(){
    //Singleton instance = Singleton::getInstance(); // 無法通過編譯
    system("pause");
    return 0;
}

4. 單例模式中對象的銷毀

   對於懶漢式的單例實現，我們在getInstance函數里看到了new字樣，那是肯定需要用delete銷毀的，否則會出現內存溢出的，那要怎樣用代碼來實現呢？追加一個析構函數就可以了，參考如下代碼：

class Singleton{
public:
    static Singleton* getInstance(){
        if(instance == NULL){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    ~Singleton(){
        if(instance != NULL){
            delete instance;
        }
    }
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton(){}; // 使得該類不能在外部初始化
};
Singleton* Singleton::instance; // 注意，類里面的instance只是聲明，static變量必須類外定義

   其他

   在java中，解決多線程的問題可以有很多種，本文就不討論了，有興趣的可以參考：http://blog.csdn.net/it_man/article/details/5787567，這篇博客寫的代碼還是挺翔實的。

   總結

   在不考慮多線程的情況下，可以使用懶漢式單例實現方法。而在有多線程的環境下，最好用餓漢式單例實現方法。同時要注意的是，要把構造函數、默認構造函數、賦值運算符重載都改為private的。

PS：有錯誤的地方還請指出。謝謝。