23种设计模式之——单例模式

单例模式也称为单件模式、单子模式。单例模式有许多种实现方法，甚至可以直接用一个全局变量做到这一点，但这样的代码显得很不优雅。《设计模式》一书中给出了一种很不错的实现。 

定义：确保一个类只有一个实例，而且自行实例化，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。

类型：创建类模式

类图：

单例模式应该是23种设计模式中最简单的一种模式了。它有以下几个要素：

• 私有的构造方法
• 指向自己实例的私有静态引用
• 以自己实例为返回值的静态的公有的方法

        单例模式根据实例化对象时机的不同分为两种：一种是饿汉式单例，一种是懒汉式单例。饿汉式单例在单例类被加载时候，就实例化一个对象交给自己的引用；而懒汉式在调用取得实例方法的时候才会实例化对象。代码如下：

饿汉式单例：

class CSingleton { 
public:
    static CSingleton* getInstance(){  
        return m_pInstance;  
    }  
private:
    CSingleton(){}    
    static CSingleton* m_pInstance;  
};
CSingleton* CSingleton::m_pInstance= new CSingleton; 

懒汉式单例： 

class CSingleton { 
public:
    static CSingleton* getInstance(){  
        if(m_pInstance == NULL){  
            m_pInstance = new CSingleton();  
        } 
        return m_pInstance;  
    }
private:
    CSingleton(){}    
    static CSingleton* m_pInstance; 
};
CSingleton* CSingleton::m_pInstance = NULL; 

  单例模式需要注意的两个问题：

1.懒汉式单例模式线程安全问题：

　　遇到多线程问题时，假如现在有两个线程A和线程B，线程A执行到 this.singletonPattern = new SingletonPattern()，正在申请内存分配，可能需要0.001微秒，就在这0.001微秒之内，线程B执行到if(this.singletonPattern == null)，你说这个时候这个判断条件是true还是false？是true，那然后呢？线程B也往下走，于是乎就在内存中就有两个SingletonPattern的实例了，看看是不是出问题了？所以，在编写懒汉式单例模式时，应注意线程安全问题，具体方法视个人习惯而定。

2.资源回收：

　　有经验的读者可能会问，m_pInstance指向的空间什么时候释放呢？我们知道，程序在结束的时候，系统会自动析构所有的全局变量。事实上，系统也会析构所有的类的静态成员变量，就像这些静态成员也是全局变量一样。

　　利用这个特征，我们可以在单例类中定义一个这样的静态成员变量，而它的唯一工作就是在析构函数中删除单例类的实例。如下面的代码中的CGarbo类（Garbo意为垃圾工人）：

class CGarbo {      
    public:          
        ~CGarbo()          
        {              
            if (CSingleton::m_pInstance) 
                delete CSingleton::m_pInstance; 
        }     
    };        
    static CGarbo Garbo;    

 　　

单例模式的优点：

• 在内存中只有一个对象，节省内存空间。
• 避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能。
• 避免对共享资源的多重占用。
• 可以全局访问。

适用场景：由于单例模式的以上优点，所以是编程中用的比较多的一种设计模式。我总结了一下我所知道的适合使用单例模式的场景：

• 需要频繁实例化然后销毁的对象。
• 创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。
• 有状态的工具类对象。
• 频繁访问数据库或文件的对象。
• 以及其他我没用过的所有要求只有一个对象的场景。

　　至此为止，不考虑线安全问题，完整的单例模式代码如下：

饿汉式单例完整代码：

class CSingleton { 
public:
    static CSingleton* getInstance(){  
        return m_pInstance;  
    }  
private:
    CSingleton(){}    
    static CSingleton* m_pInstance;  
    class CGarbo {      
    public:          
        ~CGarbo()          
        {              
            if (CSingleton::m_pInstance) 
                delete CSingleton::m_pInstance; 
        }     
    };        
    static CGarbo Garbo;    
};
CSingleton* CSingleton::m_pInstance= new CSingleton; 

懒汉式单例完整代码：  

class CSingleton { 
public:
    static CSingleton* getInstance(){  
        if(m_pInstance == NULL){  
            m_pInstance = new CSingleton();  
        } 
        return m_pInstance;  
    }
private:
    CSingleton(){}    
    static CSingleton* m_pInstance; 
    class CGarbo {      
    public:          
        ~CGarbo()          
        {              
            if (CSingleton::m_pInstance) 
                delete CSingleton::m_pInstance; 
        }     
    };        
    static CGarbo Garbo;    
};
CSingleton* CSingleton::m_pInstance = NULL;