【C++】 62_單例類模板

單例模式

• 需求的提出 :

  • 在架構設計時，某些類在整個系統生命週期中最多隻能有一個對象存在（Single Instance）。

如：超市收銀系統中，一個顯示器、一個掃描槍、一個鍵盤...

問題：
如何定義一個類，使得這個類最多隻能建立一個對象呢?

• 要控制類的對象數目，必須對外隱藏構造函數

• 思路：

  • 將構造函數的訪問屬性設置爲 private
  • 定義 instance 並初始化爲 NULL

  • 當使用對象時，訪問 instance 的值

    • 空值： 建立對象，並用 instance 標記
    • 非空值： 返回 instance 標記的對象

編程實驗： 單例模式初探

#include <iostream>

using namespace std;

class SObject
{
private:
    static SObject* c_instance;
    
    SObject& operator=(const SObject&);
    SObject(const SObject&);
    SObject()
    {
    }
public:
    static SObject* GetInstance();

    void print()
    {
        cout << "this = " << this << endl;
    }
};

SObject* SObject::c_instance = NULL;

SObject* SObject::GetInstance()
{
    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();
    s1->print();
    s2->print();

    return 0;
}

輸出：
this = 0x8069008
this = 0x8069008
this = 0x8069008

思考：爲何沒有銷燬對象釋放內存的操做呢？
單例模式提出的背景：這惟一的對象與整個系統的生命週期相同。即若是系統還在運行，就不須要銷燬對象釋放內存。

• 存在的問題

  • 須要使用單例模式時：

    • 必須在使用的類中定義靜態成員變量 c_instance
    • 必須在使用的類中定義靜態成員函數 GetInstance()

---

• 解決方案

將單例模式相關的代碼抽取出來，開發單例類模板。當須要單例類時，直接使用單例類模板

編程實驗： 單例類模板

Singleton.h

#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_

template 
< typename T >
class Singleton
{
private:
    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

main.cpp

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

using namespace std;

class SObject
{
private:
    friend class Singleton<SObject>;        // 當前類須要使用單例模式
    
    SObject& operator=(const SObject&);
    SObject(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();
    s1->print();
    s2->print();

    return 0;
}

輸出：
this = 0x8188008
this = 0x8188008
this = 0x8188008

小結

• 單例模式是開發中最經常使用的設計模式之一
• 單例模式的應用使得一個類最多隻有一個對象
• 能夠將單例模式相關的代碼抽象成類模板
• 須要使用單例模式的類直接使用單例類模板

以上內容參考狄泰軟件學院系列課程，請你們保護原創