可以继承的C++ Singleton基类

浏览数：67 / 时间：2015年06月08日

单例模式（Singleton Pattern）是设计模式中的一种，它用来保证系统中最多只能存在一个它的实例，其做法是由类自身来创建和持有它的对象实例，把对实例的创建权和管理权都控制在自己手中，以便控制实例数目。

关于如何在C++中实现单例模式的讨论已经太多了，我只是简单介绍一下可以继承的单例类。

首先介绍一下通常所见的单例类的写法，不妨设这个类叫做Singleton。

Singleton.h：

#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_

#include <memory>

class Singleton
{
public:
    static Singleton& GetInstance();

private:
    Singleton();
    ~Singleton();

    // Use auto_ptr to make sure that the allocated memory for instance
    // will be released when program exits (after main() ends).
    static std::auto_ptr<Singleton> s_instance;
    friend class std::auto_ptr<Singleton>;

    Singleton(const Singleton&);
    Singleton& operator =(const Singleton&);
};

#endif

Singleton.cpp：

#include "Singleton.h"
#include <iostream>
#include <boost/thread.hpp>

using namespace std;
using namespace boost;

auto_ptr<Singleton> Singleton::s_instance;

Singleton::Singleton()
{
    cout << "Construct Singleton" << endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    cout << "Destruct Singleton" << endl;
}

Singleton& Singleton::GetInstance()
{
    static mutex s_mutex;
    if (s_instance.get() == NULL)
    {
        mutex::scoped_lock lock(s_mutex);
        if (s_instance.get() == NULL)
        {
            s_instance.reset(new Singleton());
        }
        // ‘lock‘ will be destructed now. ‘s_mutex‘ will be unlocked.
    }
    return *s_instance;
}

这个类写的也不完美啦，比如双重判定也会有失效的时候，不过凑合用吧，哈哈。不过话说boost库里也有singleton，我为什么要自己写个呢，无奈地飘过。

废话不多说了，上面的单例类基本上解决了多线程安全问题、实例内存自动释放问题，算是一段可以使用的程序。不过如果系统中有大量单例类（这时候也得好好考虑一下design有没有问题），每个都要这么写一番岂不是很麻烦？要是可以写一个单例基类，以后再创造单例类的时候直接继承一下多方便啊。不过很明显的问题就在那个static对象指针，这个用来保存唯一实例的静态变量如果定义在基类里面，那所有的子类都只能用这同一个变量来保存它们各自的实例了，社会主义国家总得让每个子类都过上温饱生活吧！

以前的时候我还真不知道该怎么解决这个问题，但05年用了WTL（Windows Template Library）之后，我才意识到模板类可以帮助我（话说我真的是自己想到的，虽然现在搜一下能搜到一大堆）。这里要用的还不是普通的模板类，而是像ATL、WTL里面那样把要定义的类自身放入模板参数中，形如class MyClass : public Base<MyClass> { };。这样做有很多优点啦，最显著的比如不需要虚表（节省内存哦）、多态函数的调用在编译时就确定了（既加快了运行速度，也有利于编译器对代码进行优化）。

不妨把这个单例基类叫做ISingleton吧，看起来好像是个interface呢。代码如下：

#ifndef _ISingleton_H_
#define _ISingleton_H_

#include <memory>
#include <boost/thread.hpp>

template <typename T>
class ISingleton
{
public:
    static T& GetInstance()
    {
        static boost::mutex s_mutex;
        if (s_instance.get() == NULL)
        {
            boost::mutex::scoped_lock lock(s_mutex);
            if (s_instance.get() == NULL)
            {
                s_instance.reset(new T());
            }
            // ‘lock‘ will be destructed now. ‘s_mutex‘ will be unlocked.
        }
        return *s_instance;
    }

protected:
    ISingleton() { }
    ~ISingleton() { }

    // Use auto_ptr to make sure that the allocated memory for instance
    // will be released when program exits (after main() ends).
    static std::auto_ptr<T> s_instance;

private:
    ISingleton(const Singleton&);
    ISingleton& operator =(const ISingleton&);
};

template <typename T>
std::auto_ptr<T> ISingleton<T>::s_instance;

#endif

要利用ISingleton创建一个自己的单例类，比如MySingleton，可以使用如下的代码：

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

using namespace std;

class MySingleton : public ISingleton<MySingleton>
{
public:
    // blah blah

private:
    MySingleton()
    {
        cout << "Construct MySingleton" << endl;
    }

    ~MySingleton()
    {
        cout << "Destruct MySingleton" << endl;
    }

    friend ISingleton<MySingleton>;
    friend class auto_ptr<MySingleton>;

    MySingleton(const MySingleton&);
    MySingleton& operator =(const MySingleton&);
};