C++中的Singleton類別的實現

《設計模式》中把Singleton 寫成回傳指標：

class Singleton{
public:
    static Singleton* Instance();
protected:
    Singleton();
private:
    static Singleton* _instance;
};

對應的實作cpp 檔案是：

Singleton* Singleton::_instance;
Singleton* Singleton::Instance(){
    if( _instance == 0){
        _instance = new Singleton;
    };
    return _instance;
}

將建構函式設計成protected 的目的是防止在class 外面new ，有人可能會設計成private ，如果考慮到有可能會繼承這個類別的話，還是將建構函式設計成protected 比較好，還需要加一個virtual 析構函式。為了防止別人複製 Singleton 物件：

Singleton* pSingleton = Singleton::Instance();
Singleton s1 = *pSingleton;
Singleton s2 = *pSingleton; 
需要将拷贝构造(copy constructor)函数变成 private。

但是這裡存在的問題是，什麼時候刪除 Singleton 物件？按照 C++ 的一個基本原則，物件在哪裡創建就在哪裡銷毀，這裡也應該放一個 destroy 方法來刪除 Singleton 物件。如果忘了刪除就比較麻煩。 Instance 函數還存在多執行緒同時存取的加鎖問題。如果把 Instance 函數開始和結尾放上加鎖和解鎖，整個函數效能會下降很多。這不是一個好的設計。
    有一個小小的改動，可以避免忘了刪除 Singleton 物件帶來記憶體外洩的問題。那就是用 std:auto_ptr 來包含 Singleton 物件,定義一個class static member auto_ptr 對象，在析構的靜態 auto_ptr 變數的時候時候自動刪除 Singleton 物件。為了不讓使用者 delete Singleton 對象，需要將析構函數由 public 變成 protected。以下是頭檔 SingletonAutoPtr.h ：

#include <memory>
using namespace std;
class CSingletonAutoPtr 
{
private:
    static auto_ptr<CSingletonAutoPtr> m_auto_ptr;
    static CSingletonAutoPtr* m_instance;
protected:
    CSingletonAutoPtr();
    CSingletonAutoPtr(const CSingletonAutoPtr&);
    virtual ~CSingletonAutoPtr(); 
    //allow auto_ptr to delete, using protected ~CSingletonAutoPtr()
    friend class auto_ptr<CSingletonAutoPtr>; 
public:
    static CSingletonAutoPtr* GetInstance();
    void Test();
};

#p#對應的 SingletonAutoPtr.cpp 如下：

#include "SingletonAutoPtr.h"
#include <iostream>
//initial static member vars here 
CSingletonAutoPtr* CSingletonAutoPtr::m_instance = NULL;
auto_ptr<CSingletonAutoPtr> CSingletonAutoPtr::m_auto_ptr;
/////////////////////////////////////////
// Construction/Destruction
/////////////////////////////////////////
CSingletonAutoPtr::CSingletonAutoPtr()
{
    cout << "CSingletonAutoPtr::CSingletonAutoPtr()" << endl;
    //put single object into auto_ptr object 
    m_auto_ptr = auto_ptr<CSingletonAutoPtr>(this);
}
CSingletonAutoPtr::~CSingletonAutoPtr()
{
    cout << "CSingletonAutoPtr::~CSingletonAutoPtr()" << endl;
}
CSingletonAutoPtr* CSingletonAutoPtr::GetInstance()
{
    //begin lock
    //....
    if(m_instance == NULL)
        m_instance = new CSingletonAutoPtr();
    //end lock
    //...
    return m_instance;
    }
void CSingletonAutoPtr::Test()
{
    cout << "CSingletonAutoPtr::Test()" << endl;
}

呼叫方法：

CSingletonAutoPtr* pSingleton = CSingletonAutoPtr::GetInstance();
pSingleton->Test();

寫一個 C++ 中的 Singleton 需要呼叫方法：

class CSingletonStaticObj 
{
private:
    static CSingletonStaticObj m_instance;
protected:
    CSingletonStaticObj();
    CSingletonStaticObj(const CSingletonStaticObj&);
public:
    virtual ~CSingletonStaticObj(); //must public
    static CSingletonStaticObj& GetInstance();
    void Test();
};
    对应的 SingleStaticObj.cpp 文件为：
#include "SingletonStaticObj.h"
#include <string>
#include <iostream>

using namespace std;
CSingletonStaticObj CSingletonStaticObj::m_instance;
CSingletonStaticObj::CSingletonStaticObj()
{
    cout << "CSingletonStaticObj::CSingletonStaticObj()" << endl;
}
CSingletonStaticObj::~CSingletonStaticObj()
{
    cout << "CSingletonStaticObj::~CSingletonStaticObj()" << endl;
}
CSingletonStaticObj& CSingletonStaticObj::GetInstance()
{
    return m_instance;
}
void CSingletonStaticObj::Test()
{
    cout << "CSingletonStaticObj::Test()" << endl;
}

寫一個 C++ 中的 Singleton 需要這麼費勁，大大出乎我們的勁料。有很多人從未使用過 auto_ptr，而且 std:auto_ptr 本身就並不完美，它是基於物件所有權機制的，相比之下，Apache Log4cxx 中有一個 auto_ptr, 是基於物件計數的，更為好用。只是為了用一個好的 auto_ptr 而不得不用 log4cxx , 對於很多項目來說，也不太好。當然了，ANSI C++ 的 STL 中 std:auto_ptr 對於寫上面的例子已經夠用了。

#p#另一個想法是，把 GetInstance 函數設計成 static member 可能更好，因為一般來說，Singleton 物件都不大，static member 雖然必須一直佔用內存，問題不大。這裡的析構函數必須設成 public 了。以下是頭檔 SingleStaticObj.h

CSingletonStaticObj& singleton = CSingletonAutoPtr::GetInstance();singleton.Test();

呼叫方法：

rrreee

從程式碼量來說，似乎使用 static member ref 更為簡單。我比較偏向用這種方法。

但是，並不是所有情況下面都適合用 static member singleton。比方說，GetInstance 需要動態決定回傳不同的 instance 的時候，就不能用。舉例來說，FileSystem::GetInstance, 在 windows 下面運行可能需要傳回 new WinFileSystem, Linux/Unix 下面執行可能需要傳回 new LinuxFileSystem，這個時候還是需要用上面的 auto_ptr 包含 singleton 指標的方法。

🎜🎜