用c++來實現單例模式

單例模式是使用廣泛的一種設計模式，又稱爲單件模式、單子模式。其意圖是保證一個類僅有一個實列，並提供一個訪問它的全局訪問點，該實例被所有程序模塊共享。有很多的地方都需要這樣的功能模塊，如系統的日誌輸出，操作系統只能有一個窗口管理器，一臺pc連一個鍵盤等等。

單例模式有許多種實現方法，在C++中，甚至可以直接用一個全局變量做到這一點，但這樣的代碼顯的很不優雅。 使用全局對象能夠保證方便地訪問實例，但是不能保證只聲明一個對象——也就是說除了一個全局實例外，仍然能創建相同類的本地實例

《設計模式》一書中給出了一種很不錯的實現，定義一個單例類，使用類的私有靜態指針變量指向類的唯一實例，並用一個公有的靜態方法獲取該實例。

單例模式通過類本身來管理其唯一實例，這種特性提供瞭解決問題的方法。唯一的實例是類的一個普通對象，但設計這個類時，讓它只能創建一個實例並提供對此實例的全局訪問。唯一實例類Singleton在靜態成員函數中隱藏創建實例的操作。習慣上把這個成員函數叫做Instance()，它的返回值是唯一實例的指針。

具體定義如下：

#include <iostream>

using namespace std;
class only
{  
private:  
    only()   //構造函數是私有的，這樣就不能在其它地方創建該實例
	{
	}
    static only *p;  //定義一個唯一指向實例的靜態指針，並且是私有的。
    static int b;
public:  
    static only* GetInstance()   //定義一個公有函數，可以獲取這個唯一的實例，並且在需要的時候創建該實例。
    { 
        if(p == NULL)  //判斷是否第一次調用  
            p = new only;  
        return p;  
    }  
    static void show()
	{
		cout << b << endl;
	}
};  
int only::b=66;     //static定義的數據成員必須在類外初始化，因爲它是整個類的一部分，而不是屬於某個對象。
only* only::p=NULL;
int main()
{
	only *a1=only::GetInstance();
        cout << a1 << endl;
	a1->show();	
	only *a2=only::GetInstance();
	cout << a2 << endl;
	a2->show();
    return 0;	
}

運行結果截圖：

從運行截圖中，我們確實能看到實例的兩個對象的地址都是一樣的，也就是說明單例模式的實現是成功的。

注意：

單例類only有以下特徵：
它有一個指向唯一實例的靜態指針p，並且是私有的；
它有一個公有的函數，可以獲取這個唯一的實例，並且在需要的時候創建該實例；
它的構造函數是私有的，這樣就不能從別處創建該類的實例。

用戶訪問唯一實例的方法只有通過GetInstance()函數，如果不通過該函數，任何創建該實例的嘗試都將失敗，這是應爲將類的構造函數定義爲私有函數。

GetInstance()函數使用懶惰初始化，即它的返回值是這個函數首次被訪問時創建的，這是一種防彈設計，即所有GetInstance()之後的調用都返回相同實例的指針。

eg：only *p1=only::GetInstance();         only *p2=p1->GetInstance();

但是，問題來了，細心的朋友肯定會發現這樣的一個問題：p指向的空間什麼時候釋放？該實例的析構函數又是什麼時候執行呢？

如果類的析構函數中要有必要的行爲規範，如：關閉文件，釋放外部資源，那麼上面的代碼顯然是無法滿足要求的。這時候，我們需要使用一種方法，正常的刪除實例，並對返回的指針調用delete操作。這樣做可以實現功能，但不僅很醜陋，而且容易出錯。因爲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。

一個妥善的方法是讓這個類自己知道在合適的時候把自己刪除，或者說把刪除自己的操作掛在操作系統中的某個合適的點上，使其在恰當的時候被自動執行。

我們知道，程序在結束的時候，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態成員變量，就像這些靜態成員也是全局變量一樣。利用這個特徵，我們可以在單例類中定義一個這樣的靜態成員變量，而它的唯一工作就是在析構函數中刪除單例類的實例。

如下面的代碼中的CGarbo類（Garbo意爲垃圾工人）:

#include <iostream>
using namespace std;
class only
{  
private:  
    only()   //構造函數是私有的  
	{	
	}
    static only *p;  
    static int b;
	
	class cGarbo
	{
		public:
		~cGarbo()
		{
			if( only::p )
			{
				delete only::p;
				cout << "delete only success " << endl;
			}
		}
	};
	static cGarbo Garbo;
	
public:  
    static only* new_inst()  
    { 
        if(p == NULL)  //判斷是否第一次調用  
            p = new only;  
        return p;  
    }  
    static void show()
	{
		cout << b << endl;
	}
};  
int only::b=66;
only* only::p=NULL;
only::cGarbo only::Garbo;
int main()
{
	only *a1=only::new_inst();
    cout << a1 << endl;
	a1->show();
	only *a2=only::new_inst();
	cout << a2 << endl;
	a2->show();
    return 0;	
}

運行結果截圖：

從運行結果來看，確實達到我們刪除實例的要求。

注意：

類CGarbo被定義爲only的私有內嵌類，以防該類被在其他地方濫用。
程序運行結束時，系統會調用only的靜態成員Garbo的析構函數，該析構函數會刪除單例的唯一實例。
使用這種方法釋放單例對象有以下特徵：
在單例類內部定義專有的嵌套類；
在單例類內定義私有的專門用於釋放的靜態成員；
利用程序在結束時析構全局變量的特性，選擇最終的釋放時機；
使用單例的代碼不需要任何操作，不必關心對象的釋放。