转自：http://www.jellythink.com/archives/82
问题描述
现在，不管开发一个多大的系统（至少我现在的部门是这样的），都会带一个日志功能；在实际开发过程中，会专门有一个日志模块，负责写日志，由于在系统的任何地方，我们都有可能要调用日志模块中的函数，进行写日志。那么，如何构造一个日志模块的实例呢？难道，每次new一个日志模块实例，写完日志，再delete，不要告诉我你是这么干的。在C++中，可以构造一个日志模块的全局变量，那么在任何地方就都可以用了，是的，不错。但是，我所在的开发部门的C++编码规范是参照Google的编码规范的。
全局变量在项目中是能不用就不用的，它是一个定时炸弹，是一个不安全隐患，特别是在多线程程序中，会有很多的不可预测性；同时，使用全局变量，也不符合面向对象的封装原则，所以，在纯面向对象的语言Java和C#中，就没有纯粹的全局变量。那么，如何完美的解决这个日志问题，就需要引入设计模式中的单例模式。
单例模式
何为单例模式，在GOF的《设计模式：可复用面向对象软件的基础》中是这样说的：保证一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。首先，需要保证一个类只有一个实例；在类中，要构造一个实例，就必须调用类的构造函数，如此，为了防止在外部调用类的构造函数而构造实例，需要将构造函数的访问权限标记为protected或private；最后，需要提供要给全局访问点，就需要在类中定义一个static函数，返回在类内部唯一构造的实例。意思很明白，使用UML类图表示如下。
UML类图
代码实现
单例模式，单从UML类图上来说，就一个类，没有错综复杂的关系。但是，在实际项目中，使用代码实现时，还是需要考虑很多方面的。
实现一：
1 /*
2 ** FileName : SingletonPatternDemo1
3 ** Author : Jelly Young
4 ** Date : 2013/11/20
5 ** Description : More information, please go to http://www.jellythink.com
6 */
7
8 #include <iostream>
9 using namespace std;
10
11 class Singleton
12 {
13 public:
14 static Singleton *GetInstance()
15 {
16 if (m_Instance == NULL )
17 {
18 m_Instance = new Singleton ();
19 }
20 return m_Instance;
21 }
22
23 static void DestoryInstance()
24 {
25 if (m_Instance != NULL )
26 {
27 delete m_Instance;
28 m_Instance = NULL ;
29 }
30 }
31
32 // This is just a operation example
33 int GetTest()
34 {
35 return m_Test;
36 }
37
38 private:
39 Singleton(){ m_Test = 10; }
40 static Singleton *m_Instance;
41 int m_Test;
42 };
43
44 Singleton *Singleton ::m_Instance = NULL;
45
46 int main(int argc , char *argv [])
47 {
48 Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
49 cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
50
51 Singleton ::DestoryInstance();
52 return 0;
53 }
这是最简单，也是最普遍的实现方式，也是现在网上各个博客中记述的实现方式，但是，这种实现方式，有很多问题，比如：没有考虑到多线程的问题，在多线程的情况下，就可能创建多个Singleton实例，以下版本是改善的版本。
实现二：
1 /*
2 ** FileName : SingletonPatternDemo2
3 ** Author : Jelly Young
4 ** Date : 2013/11/20
5 ** Description : More information, please go to http://www.jellythink.com
6 */
78 #include <iostream>
9 using namespace std;
10
11 class Singleton
12 {
13 public:
14 static Singleton *GetInstance()
15 {
16 if (m_Instance == NULL )
17 {
18 Lock(); // C++没有直接的Lock操作，请使用其它库的Lock，比如Boost，此处仅为了说明
19 if (m_Instance == NULL )
20 {
21 m_Instance = new Singleton ();
22 }
23 UnLock(); // C++没有直接的Lock操作，请使用其它库的Lock，比如Boost，此处仅为了说明
24 }
25 return m_Instance;
26 }
27
28 static void DestoryInstance()
29 {
30 if (m_Instance != NULL )
31 {
32 delete m_Instance;
33 m_Instance = NULL ;
34 }
35 }
36
37 int GetTest()
38 {
39 return m_Test;
40 }
41
42 private:
43 Singleton(){ m_Test = 0; }
44 static Singleton *m_Instance;
45 int m_Test;
46 };
47
48 Singleton *Singleton ::m_Instance = NULL;
49
50 int main(int argc , char *argv [])
51 {
52 Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
53 cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
54 Singleton ::DestoryInstance();
55
56 return 0;
57 }
此处进行了两次m_Instance ==
NULL的判断，是借鉴了Java的单例模式实现时，使用的所谓的“双检锁”机制。因为进行一次加锁和解锁是需要付出对应的代价的，而进行两次判断，就可以避免多次加锁与解锁操作，同时也保证了线程安全。但是，这种实现方法在平时的项目开发中用的很好，也没有什么问题？但是，如果进行大数据的操作，加锁操作将成为一个性能的瓶颈；为此，一种新的单例模式的实现也就出现了。
实现三：
1 /*
2 ** FileName : SingletonPatternDemo3
3 ** Author : Jelly Young
4 ** Date : 2013/11/20
5 ** Description : More information, please go to http://www.jellythink.com
6 */
7
8 #include <iostream>
9 using namespace std;
10
11 class Singleton
12 {
13 public:
14 static Singleton *GetInstance()
15 {
16 return const_cast <Singleton *>(m_Instance);
17 }
18
19 static void DestoryInstance()
20 {
21 if (m_Instance != NULL )
22 {
23 delete m_Instance;
24 m_Instance = NULL ;
25 }
26 }
27
28 int GetTest()
29 {
30 return m_Test;
31 }
32
33 private:
34 Singleton(){ m_Test = 10; }
35 static const Singleton *m_Instance;
36 int m_Test;
37 };
38
39 const Singleton *Singleton ::m_Instance = new Singleton();
40
41 int main(int argc , char *argv [])
42 {
43 Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
44 cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
45 Singleton ::DestoryInstance();
46 }
因为静态初始化在程序开始时，也就是进入主函数之前，由主线程以单线程方式完成了初始化，所以静态初始化实例保证了线程安全性。在性能要求比较高时，就可以使用这种方式，从而避免频繁的加锁和解锁造成的资源浪费。由于上述三种实现，都要考虑到实例的销毁，关于实例的销毁，待会在分析。由此，就出现了第四种实现方式：
实现四：
1 /*
2 ** FileName : SingletonPatternDemo4
3 ** Author : Jelly Young
4 ** Date : 2013/11/20
5 ** Description : More information, please go to http://www.jellythink.com
6 */
7
8 #include <iostream>
9 using namespace std;
10
11 class Singleton
12 {
13 public:
14 static Singleton *GetInstance()
15 {
16 static Singleton m_Instance;
17 return &m_Instance;
18 }
19
20 int GetTest()
21 {
22 return m_Test++;
23 }
24
25 private:
26 Singleton(){ m_Test = 10; };
27 int m_Test;
28 };
29
30 int main(int argc , char *argv [])
31 {
32 Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
33 cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
34
35 singletonObj = Singleton ::GetInstance();
36 cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
37 }
以上就是四种主流的单例模式的实现方式，如果大家还有什么好的实现方式，希望大家能推荐给我。谢谢了。
实例销毁
在上述的四种方法中，除了第四种没有使用new操作符实例化对象以外，其余三种都使用了；我们一般的编程观念是，new操作是需要和delete操作进行匹配的；是的，这种观念是正确的。在上述的实现中，是添加了一个DestoryInstance的static函数，这也是最简单，最普通的处理方法了；但是，很多时候，我们是很容易忘记调用DestoryInstance函数，就像你忘记了调用delete操作一样。由于怕忘记delete操作，所以就有了智能指针；那么，在单例模型中，没有“智能单例”，该怎么办？怎么办？
那我先从实际的项目中说起吧，在实际项目中，特别是客户端开发，其实是不在乎这个实例的销毁的。因为，全局就这么一个变量，全局都要用，它的生命周期伴随着软件的生命周期，软件结束了，它也就自然而然的结束了，因为一个程序关闭之后，它会释放它占用的内存资源的，所以，也就没有所谓的内存泄漏了。但是，有以下情况，是必须需要进行实例销毁的：
- 在类中，有一些文件锁了，文件句柄，数据库连接等等，这些随着程序的关闭而不会立即关闭的资源，必须要在程序关闭前，进行手动释放；
- 具有强迫症的程序员。
以上，就是我总结的两点。
虽然，在代码实现部分的第四种方法能满足第二个条件，但是无法满足第一个条件。好了，接下来，就介绍一种方法，这种方法也是我从网上学习而来的，代码实现如下：
1 /*
2 ** FileName : SingletonPatternDemo5
3 ** Author : Jelly Young
4 ** Date : 2013/11/20
5 ** Description : More information, please go to http://www.jellythink.com
6 */
7
8 #include <iostream>
9 using namespace std;
10
11 class Singleton
12 {
13 public:
14 static Singleton *GetInstance()
15 {
16 return m_Instance;
17 }
18
19 int GetTest()
20 {
21 return m_Test;
22 }
23
24 private:
25 Singleton(){ m_Test = 10; }
26 static Singleton *m_Instance;
27 int m_Test;
28
29 // This is important
30 class GC
31 {
32 public :
33 ~GC()
34 {
35 // We can destory all the resouce here, eg:db connector, file handle and so on
36 if (m_Instance != NULL )
37 {
38 cout<< "Here is the test" <<endl;
39 delete m_Instance;
40 m_Instance = NULL ;
41 }
42 }
43 };
44 static GC gc;
45 };
46
47 Singleton *Singleton ::m_Instance = new Singleton();
48 Singleton ::GC Singleton ::gc;
49
50 int main(int argc , char *argv [])
51 {
52 Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
53 cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
54
55 return 0;
56 }
在程序运行结束时，系统会调用Singleton的静态成员GC的析构函数，该析构函数会进行资源的释放，而这种资源的释放方式是在程序员“不知道”的情况下进行的，而程序员不用特别的去关心，使用单例模式的代码时，不必关心资源的释放。那么这种实现方式的原理是什么呢？我剖析问题时，喜欢剖析到问题的根上去，绝不糊涂的停留在表面。由于程序在结束的时候，系统会自动析构所有的全局变量，实际上，系统也会析构所有类的静态成员变量，就像这些静态变量是全局变量一样。我们知道，静态变量和全局变量在内存中，都是存储在静态存储区的，所以在析构时，是同等对待的。
由于此处使用了一个内部GC类，而该类的作用就是用来释放资源，而这种使用技巧在C++中是广泛存在的，在后面的博客中，我会总结这一技巧，参见《C++中的RAII机制》。
剑指offer (2) c++实现singleton模式,布布扣,bubuko.com