C++中的單例類模板

1，本節課講述單例類模式，實現並抽取相關代碼實現單例類模板，在以后開發工作 中，如果想要使用單例模式，那么直接使用今天開發的單例類模板就可以；

 

2，需求的提出：

    1，在架構設計時，某些類在整個系統生命期中最多只能有一個對象存在    （ Single Instance )；

       1，如超市收銀系統，由外觀來說其由顯示器、掃描槍、收款箱組成，這幾部分都只有一個部件，用面向對象的思想來進行架構設計的話，掃描槍應該對應到代碼里面的一個類，它應該用來創建對象，實際的硬件只有一個掃描槍，肯定要限制掃描槍對應的類只能創建一個對象；

       2，這個時候單例模式的需求就出來了；

   

3，問題：

    1，如何定義一個類，使得這個類最多只能創建一個對象？

   

4，單例模式：

    1，要控制類的對象數目，必須對外隱藏構造函數；

       1，要創建一個對象，必然要調用構造函數，因此可以控制構造函數的訪問屬性；

    2，思路：

       1，將構造函數的訪問屬性設置為 private；

           1，外界就不能創建對象了；

       2，定義 instance 並初始化為 NULL；

       3，當需要使用對象時，訪問 instance 的值；

           1，空值：創建對象，並用 instance 標記；

           2，非空值：返回 instance 標記的對象；

          

5，單例模式初探編程實驗：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class SObject
{
    static SObject* c_instance;  // 定義標識符指針；

    /* 不需用拷貝和賦值 */    
    SObject(const SObject&);
    SObject& operator= (const SObject&);
    
    SObject()  // 構造函數創建為私有的；
    {
    }
public:
    static SObject* GetInstance();
    
    void print()
    {
        cout << "this = " << this << endl;
    }
};

SObject* SObject::c_instance = NULL; //類的外部對靜態變量定義並初始化；

SObject* SObject::GetInstance()  // 創建對象
{
    if( c_instance == NULL )
    {
        c_instance = new SObject();
    }
    
    return c_instance;
}

int main()
{
    SObject* s = SObject::GetInstance();
    SObject* s1 = SObject::GetInstance();
    SObject* s2 = SObject::GetInstance();
    
    s->print();  // this = 0x940a008
    s1->print();  // this = 0x940a008
    s2->print();  // this = 0x940a008
    
    return 0;
}

    1，上述代碼中並沒有釋放這個唯一的對象，這是因為單例模式所對應的對象在系統的生命周期中都是存在的，如果這個系統還在運行，就不需用釋放它；

    2，單例模式所得到的對象在整個系統運行過程中是絕對不釋放的；

   

6，單例模式存在問題（這里做的是錦上添花的事，要求完美）：

    1，需要使用單例模式時：

       1，必須定義靜態成員變量 c_instance；

       2，必須定義靜態成員函數 GetInstance()；

    2，如果現在要開發超市收銀系統，那么開發掃描槍對應的類需要用單例模式來實現，收款箱對應的類也要用單例模式來實現，這個時候就要寫重復的靜態成員變量和靜態成員函數；

    3，靜態成員變量和靜態成員函數和我們類的實際功能沒有關系，這是單例模式的邏輯；

      

7，解決方案：

    1，將單例模式相關的代碼抽取出來，開發單例類模板，當需要單例類時，直接使用單例類模板；

   

8，單例類模板編程實驗：

    1，單例模式類模板 Singleton.h 文件：

#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_

template
< typename T >
class Singleton
{
    static T* c_instance;
public:
    static T* GetInstance();
};

template
< typename T >
T* Singleton<T>::c_instance = NULL;

template
< typename T >
T* Singleton<T>::GetInstance()
{
    if( c_instance == NULL )
    {
        c_instance = new T();
    }
    
    return c_instance;
}

#endif

    2，單例模式的使用：

#include <iostream>
#include <string>
#include "Singleton.h"

using namespace std;

class SObject
{
    friend class Singleton<SObject>;    // 當前類需要使用單例模式
    
    SObject(const SObject&);
    SObject& operator= (const SObject&);
    
    SObject()
    {
    }
public:
    
    void print()
    {
        cout << "this = " << this << endl;
    }
};

int main()
{
    SObject* s = Singleton<SObject>::GetInstance();
    SObject* s1 = Singleton<SObject>::GetInstance();
    SObject* s2 = Singleton<SObject>::GetInstance();
    
    s->print();  // 0x9621008；
    s1->print();  // 0x9621008；
    s2->print();  // 0x9621008；
    
    return 0;
}

    3，使用單例類模板方法：

       1，構建對象的函數全部私有化；

       2，聲明單例類模板為此類的友元（可以訪問這個類）；

    4，此單例類模板在我們今后開發工作中都可以使用；

   

9，小結：

    1，單例模式是開發中最常用的設計模式之一；

    2，單例模式的應用使得一個類最多只有一個對象；

    3，可以將單例模式相關的代碼抽象成類模板；

    4，需要使用單例模式的類直接使用單例類模板；