再探C++的单件实现

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最近看了adrianx的大作《C++实现单件的初探》,真是讲得很好,不过里面有一处疏漏。

现对其Singleton类的设计分析如下:

首先,让我们来对Singleton类进行如下测试:

#include <iostream>
using namespace std;

// 为了给Singleton类的Instance计数
template <typename T>
class Counter
{
public:
    Counter() { ++count; }
    ~Counter() { --count; }

    Counter(const Counter&) { ++count; }
   
    static size_t HowMany()
    { return count; }

private:
    static size_t count;
};

class Singleton : private Counter<Singleton>
{
private:
    Singleton()
    {
        cout<<"object is ["<<this<<"] Do< Construction"<<endl;
    }
public:
    using Counter<Singleton>::HowMany; // Added by jfwan

    ~Singleton()
    {
        cout<<"object is ["<<this<<"] Do Destruction>"<<endl;
    }

    static Singleton & GetSingleton()
    {
        static Singleton s;
        return s;
    }
    void Dosomething()
    {
        cout<<"object is ["<<this<<"] Do Something"<<endl;
    }
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    Singleton& first = Singleton::GetSingleton();

    Singleton second(first);    // 1

    Singleton third(first);     // 2

    cout << "There are " << Singleton::HowMany()
         << " instances of Singleton." << endl;

    return 0;
}


执行结果:

object is [0049F1C0] Do< Construction
There are 3 instances of Singleton.
object is [0012FEB3] Do Destruction>
object is [0012FEBF] Do Destruction>
object is [0049F1C0] Do Destruction>

可以看出Singleton产生了三个Instance,但Construction却只被调用了一次,不难看出另外两个Instance是被Copy Ctor构造出来的,到此,我们已经找到了这段程序中的这个小小的bug了,但如何来去掉这只‘臭虫‘呢?

当我们不定义Copy Ctor时,编译器在需要的时候会产生一个默认的Copy Ctor。分析上面的代码,对于Singleton Pattern,1,2两处的用法应该被禁止,对于1,2这种情况来说是很容易的(但它确实应该被禁止掉)。但一旦在程序中有意或无意的使用了by-value的方式进行函数调用

,就不易被我们所发现。这种情况我们应该尽量使它们在compile-time暴露出来。我们可以通过将Destructor置于private section的方法使1,2不能在此定义。因为Singleton的Destructor属于private section, Compiler将如是抱怨!于是...

但是对于某些类来说,Destructor并不是必需的,而且,有Destructor会降低performance(虽然那只是一点点,但既然我们能避免,又何乐而不为呢)。因此通过改变Destructor的Access level并不是十分明智!然而我们应该如何阻止诸如1,2之类的行为发生呢?Let me think...

嗯!我们得避免编译器合成Default copy constructor行为的产生,然而怎样才能达到这一目的呢?所幸的是,避免编译器的这种幕后操作并不难。

且看修改后的Singleton类如下所示:

class Singleton : private Counter<Singleton>
{
    // 同上

private: // preventions
    Singleton(const Singleton&);
    Singleton& operator = (const Singleton&);
};

我将Singleton的Copy ctor和Assignment operator声明为private, 并且不提供定义(这是为了避免被friend或member functions调用)。这样我们就可以很明显的使1,2出通不过Compiler!使得该Singleton类成为Singleton Pattern的比较完美的实现。

完整代码如下:

class Singleton
{
private:
    Singleton()
    {
        cout<<"object is ["<<this<<"] Do< Construction"<<endl;
    }
public:
    ~Singleton()
    {
        cout<<"object is ["<<this<<"] Do Destruction>"<<endl;
    }

    static Singleton & GetSingleton()
    {
        static Singleton s;
        return s;
    }
    void Dosomething()
    {
        cout<<"object is ["<<this<<"] Do Something"<<endl;
    }

private: // preventions
    Singleton(const Singleton&);
    Singleton& operator = (const Singleton&);
};

至此,我们的Singleton类就设计完成了!其中难免还有遗漏之处,还望各位不吝指教!

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