C++中的單例模式

單例模式也稱為單件模式、單子模式，可能是使用最廣泛的設計模式。其意圖是保證一個類僅有一個實例，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。有很多地方需要這樣的功能模塊，如系統的日志輸出，GUI應用必須是單鼠標，MODEM的聯接需要一條且只需要一條電話線，操作系統只能有一個窗口管理器，一台PC連一個鍵盤。

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，這種特性提供了解決問題的方法。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。

定義如下：

1. class CSingleton
2. {
3. private:
4. CSingleton() //構造函數是私有的
5. {
6. }
7. static CSingleton *m_pInstance;
8. public:
9. static CSingleton * GetInstance()
10. {
11. if(m_pInstance == NULL) //判斷是否第一次調用
12. m_pInstance = new CSingleton();
13. return m_pInstance;
14. }
15. };

用戶訪問唯一實例的方法只有GetInstance()成員函數。如果不通過這個函數，任何創建實例的嘗試都將失敗，因為類的構造函數是私有的。GetInstance()使用懶惰初始化，也就是說它的返回值是當這個函數首次被訪問時被創建的。這是一種防彈設計——所有GetInstance()之後的調用都返回相同實例的指針：

CSingleton* p1 = CSingleton :: GetInstance();
CSingleton* p2 = p1->GetInstance();
CSingleton & ref = * CSingleton :: GetInstance();
對GetInstance稍加修改，這個設計模板便可以適用於可變多實例情況，如一個類允許最多五個實例。

單例類CSingleton有以下特征：
它有一個指向唯一實例的靜態指針m_pInstance，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。
大多數時候，這樣的實現都不會出現問題。有經驗的讀者可能會問，m_pInstance指向的空間什麼時候釋放呢？更嚴重的問題是，該實例的析構函數什麼時候執行？
如果在類的析構行為中有必須的操作，比如關閉文件，釋放外部資源，那麼上面的代碼無法實現這個要求。我們需要一種方法，正常的刪除該實例。