最近,我遇到了C++的Singleton设计模式的实现/实现。它看起来是这样的(我采用了现实生活中的例子):

// a lot of methods are omitted here
class Singleton
{
   public:
       static Singleton* getInstance( );
       ~Singleton( );
   private:
       Singleton( );
       static Singleton* instance;
};

从这个声明中,我可以推断实例字段是在堆上启动的。这意味着存在内存分配。对我来说完全不清楚的是,内存将在何时被释放?或者是否存在错误和内存泄漏?似乎在实现方面存在问题。

我的主要问题是,如何以正确的方式实现它?


当前回答

这里是一个简单的实现。

#include <Windows.h>
#include <iostream>

using namespace std;


class SingletonClass {

public:
    static SingletonClass* getInstance() {

    return (!m_instanceSingleton) ?
        m_instanceSingleton = new SingletonClass : 
        m_instanceSingleton;
    }

private:
    // private constructor and destructor
    SingletonClass() { cout << "SingletonClass instance created!\n"; }
    ~SingletonClass() {}

    // private copy constructor and assignment operator
    SingletonClass(const SingletonClass&);
    SingletonClass& operator=(const SingletonClass&);

    static SingletonClass *m_instanceSingleton;
};

SingletonClass* SingletonClass::m_instanceSingleton = nullptr;



int main(int argc, const char * argv[]) {

    SingletonClass *singleton;
    singleton = singleton->getInstance();
    cout << singleton << endl;

    // Another object gets the reference of the first object!
    SingletonClass *anotherSingleton;
    anotherSingleton = anotherSingleton->getInstance();
    cout << anotherSingleton << endl;

    Sleep(5000);

    return 0;
}

只创建了一个对象,并且每次在词尾都会返回该对象引用。

SingletonClass instance created!
00915CB8
00915CB8

这里00915CB8是单例对象的内存位置,在程序的持续时间内相同,但每次运行程序时(通常!)不同。

注意:这不是线程安全的。您必须确保线程安全。

其他回答

这是关于对象生命周期管理的。假设您的软件中有多个单体。它们依赖于Logger单例。在应用程序销毁期间,假设另一个单例对象使用Logger记录其销毁步骤。您必须保证Logger应该最后清理。因此,请同时查看本文:http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/PDF/ObjMan.PDF

我没有在答案中找到CRTP实现,所以这里是:

template<typename HeirT>
class Singleton
{
public:
    Singleton() = delete;

    Singleton(const Singleton &) = delete;

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

    static HeirT &instance()
    {
        static HeirT instance;
        return instance;
    }
};

要使用,只需从此继承类,例如:class Test:public Singleton<Test>

您可以避免内存分配。有很多变体,在多线程环境中都有问题。

我更喜欢这种实现(事实上,我更喜欢的说法并不正确,因为我尽可能避免单例):

class Singleton
{
private:
   Singleton();

public:
   static Singleton& instance()
   {
      static Singleton INSTANCE;
      return INSTANCE;
   }
};

它没有动态内存分配。

除了这里的其他讨论之外,可能值得注意的是,您可以使用全局性,而不限于一个实例。例如,考虑引用计数的情况。。。

struct Store{
   std::array<Something, 1024> data;
   size_t get(size_t idx){ /* ... */ }
   void incr_ref(size_t idx){ /* ... */}
   void decr_ref(size_t idx){ /* ... */}
};

template<Store* store_p>
struct ItemRef{
   size_t idx;
   auto get(){ return store_p->get(idx); };
   ItemRef() { store_p->incr_ref(idx); };
   ~ItemRef() { store_p->decr_ref(idx); };
};

Store store1_g;
Store store2_g; // we don't restrict the number of global Store instances

现在,在函数(如main)中的某个位置,您可以执行以下操作:

auto ref1_a = ItemRef<&store1_g>(101);
auto ref2_a = ItemRef<&store2_g>(201); 

ref不需要将指针存储回各自的store,因为这些信息是在编译时提供的。您也不必担心Store的生存期,因为编译器要求它是全局的。如果确实只有一个Store实例,那么这种方法没有开销;在不止一个实例的情况下,编译器需要对代码生成进行巧妙处理。如果需要,ItemRef类甚至可以成为Store的朋友(您可以有模板朋友!)。

如果Store本身是一个模板化的类,那么事情就变得更糟了,但是仍然可以使用这个方法,也许可以通过实现具有以下签名的helper类:

template <typename Store_t, Store_t* store_p>
struct StoreWrapper{ /* stuff to access store_p, e.g. methods returning 
                       instances of ItemRef<Store_t, store_p>. */ };

用户现在可以为每个全局Store实例创建StoreWrapper类型(和全局实例),并始终通过其包装器实例访问商店(从而忘记使用Store所需的模板参数的详细信息)。

另一个非分配的选择:根据需要创建一个单例,比如C类:

singleton<C>()

使用

template <class X>
X& singleton()
{
    static X x;
    return x;
}

在当前C++中,这一点和Cætælin的答案都不是自动线程安全的,而是在C++0x中。