【原】设计模式之单例模式
为什么需要单例模式
在很多项目中，我们可能都会遇到这样一种情况：某个类的对象在整个项目是唯一的，它不能也没必要被实例化多次，比如窗口管理器、皮肤加载器等等。这就催生出了如下的现实需求：如何确保某个类只有一个实例。
在结构化程序设计方法中，我们可以使用全局变量来实现唯一实例，但它不能保证唯一性，因为它无法确保使用者不在其他的地方进行实例化。在面向对象程序设计方法中，我们有了更好的选择；我们可以通过将类的构造函数隐藏起来，以防止用户多次实例化对象，同时给用户提供一个获取该类实例的接口。这样就从类本身保证了对象的唯一性，防止了用户的误用。
什么是单例模式
单例模式，又称单件模式，是指在整个模块中，一个类只有一个实例。单例模式有“饿汉”式和“懒汉”式两种：所谓“饿汉”式，是指不管用户有没有使用该类的实例，它都会创建一个实例；所谓“懒汉”式，是指只有当用户初次使用该类的实例时，才会创建一个实例，而以后需要再次使用该类的实例时，直接返回初次创建的那个实例即可。在C++中，我们通常通过类的静态成员变量来实现单例模式。下面给出单例模式最原始的实现版本，暂且美其名曰原生态实现。
单例模式之原生态实现
Singleton1.h文件
Singleton1.cpp文件
上述代码很容易看懂。我们在静态成员函数Singleton中对静态成员变量m_pSingleton进行了判断，若为NULL，则创建一个对象；否则直接返回已创建的对象。另外，我们将构造函数和析构函数都声明成了protected类型的，这样就消除了用户在外部实例化对象的可能，保证了对象的唯一性。最后，由于我们是在堆上动态创建对象的，因此提供了一个静态成员函数Close用于最终释放这个动态创建的对象。
仔细研究上述代码后，可以发现，这种实现方案中有一个静态成员函数Close，但却并没有提供对应的Open函数，单从接口对称方面来说，似乎并不美观。于是，我们便有了下面的单例模式之美学实现方案。
单例模式之美学实现
Singleton2.h文件
Singleton2.cpp文件
在上述方案中，我们在静态成员函数Open中了进行了对象的创建工作，而静态成员函数Singleton完成的工作则相对简单，直接返回静态成员变量m_pSingleton即可。现在我们可以来看一下，如何使用该单例呢？需要先Open，然后调用Singleton，最后调用Close。很好，但这样是不是就完美了呢？对于追求极致的人来说，远非完美。如果我们可以不调用Open和Close，而只需直接调用Singleton，岂不是更好。这样既可以方便使用者，又可以避免误用和内存泄漏。这就需要我们自己来负责释放已经创建的唯一实例m_pSingleton。于是，我们又有了下面的单例模式之精简实现方案。
单例模式之精简实现
Singleton3.h文件
Singleton3.cpp文件
该方案中的静态成员函数Singleton的实现与原生态方案中Singleton的实现完全一样，重点在于实现文件中声明的全局结构体变量term。在该结构体的析构函数中，我们做了原本需要在Close中完成的工作：释放已经创建的唯一实例。在该方案中值得注意的一点是，我们将析构函数变成了public的，这是由于我们需要在单例类外部释放已经创建的唯一实例，并且不想将结构体TSingleton3_Term暴露给用户。
现在好了，直接使用Singleton即可，不用Open，也不用Close，但该方案还存在一点瑕疵，就是没有考虑到默认的拷贝构造函数和赋值运算符。分析下面的代码，我们可以通过拷贝构造函数再创建一个对象，这显然破坏了单例模式的设计初衷。于是，单例模式之加强版实现应运而生。
单例模式之加强版实现
Singleton4.h文件
Singleton4.cpp文件
可以看到，该实现方案与精简实现方案几乎一样，只不过它将拷贝构造函数和赋值运算符隐藏了起来，以防止用户在外部构造对象。至此，我们的单例类似乎已经很完善了，但如果我们设身处地地为用户想一下，可以发现，每次设计一个单例类时，都需要编写那些几乎一模一样的Open、Singleton和Close函数，这对于那些懒惰的软件开发人员来说，简直是不可忍受的。幸好，我们还有泛型编程，于是，我们有了如下的单例模式之模板实现（仅给出模板精简版实现）。
单例模式之模板实现
Singleton5.h文件
懂得泛型编程的人应当不难理解上述代码，所以这里就不再赘述了。那么，如何使用这个模板类呢？只需将我们需要设置成单例模式的类从其派生即可。下面给出一个派生类的具体实现。
DerivedSingleton5.h文件
DerivedSingleton5.cpp文件
在该派生类中，我们将模板类作为其友元类，这是因为在模板类的Singleton函数中，需要调用派生类的构造函数。
总结
以上一共给出了单例模式的5种实现方案，给出这些方案的主要目的并不在于比较哪个方案更好，而是展现一种思考问题的方式和思路。懂得如何思考一个问题，可能比解决一个问题更有价值，更有助于我们成长。
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