当noncopyable遇见singleton

在实现单例类时，通常要把构造相关的几个函数访问权限设为private或protected(最好是private)。但假设一个大型系统中，有数十个单例类(这很正常，单例类其实是外观模式的一种最常用设计)，每一个都这么写显得繁琐不堪。要把这些操作代表的代码复用，可以使用c++语言提供的利器---继承。

设计如下的基类：

class NonCopyable {
public:
    NonCopyable() = default;
    NonCopyable(const NonCopyable&) = delete;
    void operator=(const NonCopyable& c) = delete;
};

当单例类继承此类后，客户就无法在复制或赋值此单例类的实例化对象了，这样整个内存只存在一个全局对象。这里的NonCopyable类实现参考了boost::noncopyable。

解决了构造函数访问权限问题后，还有个问题，就是如何实例化？单例类实现的经典做法是在类里声明一个私有的静态类对象的指针，使用get手法返回此对象实例引用，通过此引用再调用类的其它方法。很好，但每个单例类都要这么实现一遍仍然繁琐。此时可以使用C++提供的另一个代码复用的利器--template。先实现一个通用的singleton模板类，模板类型参数传入待实现的单例类名，这样在编译阶段就完成了单例类的构造(模板实例化)。

通用的singleton模板类实现如下：

template <class T>
class Singleton : public NonCopyable {
private:
    static T* inst_;

public:
    Singleton() {}
    virtual ~Singleton() {}

    static T& inst()
    {
        if (!inst_) inst_ = new T;
        return *inst_;
    }

    static void uninst()
    {
        if (!inst_) return;
        delete inst_;
        inst_ = nullptr;
    }

};
//__declspec(selectany)声明使得我们可以在头文件中初始化一个全局变量
template <class T> __declspec(selectany)  T * Singleton<T>::inst_ = nullptr;

自定义单例类实现：

class singletontest :public Singleton<singletontest>
{
public:
singletontest(){ printf("singletontest constructor function called "); }
~singletontest(){ printf("class test object destroyed "); }
//成员方法
void print(){
printf("singletontest::print function called ");
}
};

测试代码：

singletontest::inst().print(); //line1
singletontest a;  //line 2 无法阻止默认构造，理想中，单例类只允许出现类似line1的调用
printf("singletontest obj a addr is %d\n", &a);
a.print();
singletontest b;
printf("singletontest obj b addr is %d\n", &b);
b.print();
//a(b);   //singletontest继承了noncopyable,继承类初始化时先调用父类的构造函数，由于定义成私有，所以构造失败
//a = b;  //同上,赋值运算操作符函数同样是私有的

 

测试结果：

line2行代码写完后编译期并不报错，意味着对象使用默认构造生成。想阻止这种行为，就要把默认构造函数设为私有，但inst()方法里的 new T就会失败，更加得不偿失。

测试 line 8、9代码的错误，编译器可以识别。

代码里存在三层的继承链(singletontest-> singleton<T>-> Noncopyable)，但因为类中没有声明虚函数，调用方法上无周转之处，所以性能上没有任何损失。

singletontest:public sington<singletontest>这种写法成文CRTP(Curiously Recurring Template Pattern：奇异递归模板模式），常用于实现静多态，本文不作过多介绍。

最后，一般在多线程环境中讨论单例类创建时，常有饱汉式与饿汉式两种方式，但现代C++已经保证了静态成员变量创建的线程安全性，所以再无讨论这种方式的必要了