C++博客-Michael

C++完美实现Singleton模式

Beatles — Fri, 09 Nov 2012 06:10:00 GMT

Singleton模式是常用的设计模式之一，但是要实现一个真正实用的设计模式却也不是件容易的事情。
标准的实现

1 class Singleton
2 {
3 public:
4        static Singleton * Instance()
5        {
6               if( 0== _instance)
7               {
8                      _instance = new Singleton;
9               }
10               return _instance;
11        }
12 protected:
13        Singleton(void)
14        {
15        }
16        virtual ~Singleton(void)
17        {
18        }
19        static Singleton* _instance;
20 };

这是教科书上使用的方法。看起来没有什么问题，其实包含很多的问题。下面我们一个一个的解决。

问题一  自动垃圾回收
上面的程序必须记住在程序结束的时候，释放内存。为了让它自动的释放内存，我们引入auto_ptr改变它。

1 #include <memory>
2 #include <iostream>
3 using namespace std;
4 class Singleton
5 {
6 public:
7        static Singleton * Instance()
8        {
9               if( 0== _instance.get())
10               {
11                      _instance.reset( new Singleton);
12               }
13               return _instance.get();
14        }
15 protected:
16        Singleton(void)
17        {
18               cout <<"Create Singleton"<<endl;
19        }
20        virtual ~Singleton(void)
21        {
22               cout << "Destroy Singleton"<<endl;
23        }
24        friend class auto_ptr<Singleton>;
25        static auto_ptr<Singleton> _instance;
26 };
27 //Singleton.cpp
28 auto_ptr<Singleton> Singleton::_instance;

问题二  增加模板
在我的一个工程中，有多个的Singleton类，对Singleton类，我都要实现上面这一切，这让我觉得烦死了。于是我想到了模板来完成这些重
复的工作。
现在我们要添加本文中最吸引人单件实现：
 1 #include <memory>
 2 using namespace std;
 3 using namespace C2217::Win32;
 4  
 5 namespace C2217
 6 {
 7 namespace Pattern
 8 {
 9 template <class T>
10 class Singleton
11 {
12 public:
13        static inline T* instance();
14       
15 private:
16        Singleton(void){}
17        ~Singleton(void){}
18        Singleton(const Singleton&){}
19        Singleton & operator= (const Singleton &){}
20  
21        static auto_ptr<T> _instance;
22 };
23  
24 template <class T>
25 auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;
26  
27 template <class T>
28  inline T* Singleton<T>::instance()
29 {
30        if( 0== _instance.get())
31        {
32               _instance.reset ( new T);
33        }
34       
35        return _instance.get();
36 }
37  
38 //Class that will implement the singleton mode,
39 //must use the macro in it's delare file
40 #define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) \
41        friend class auto_ptr< type >;\
42        friend class Singleton< type >;
43 }
44 }
问题三  线程安全
上面的程序可以适应单线程的程序。但是如果把它用到多线程的程序就会发生问题。主要的问题在于同时执行_instance.reset ( new T); 
就会同时产生两个新的对象，然后马上释放一个，这跟Singleton模式的本意不符。所以，你需要更加安全的版本：
 1 #include <memory>
 2 using namespace std;
 3 #include "Interlocked.h"
 4 using namespace C2217::Win32;
 5  
 6 namespace C2217
 7 {
 8 namespace Pattern
 9 {
10 template <class T>
11 class Singleton
12 {
13 public:
14        static inline T* instance();
15       
16 private:
17        Singleton(void){}
18        ~Singleton(void){}
19        Singleton(const Singleton&){}
20        Singleton & operator= (const Singleton &){}
21  
22        static auto_ptr<T> _instance;
23        static CResGuard _rs;
24 };
25  
26 template <class T>
27 auto_ptr<T> Singleton<T>::_instance;
28  
29 template <class T>
30 CResGuard Singleton<T>::_rs;
31  
32 template <class T>
33  inline T* Singleton<T>::instance()
34 {
35        if( 0 == _instance.get() )
36        {
37               CResGuard::CGuard gd(_rs);
38               if( 0== _instance.get())
39               {
40                      _instance.reset ( new T);
41               }
42        }
43        return _instance.get();
44 }
45  
46 //Class that will implement the singleton mode,
47 //must use the macro in it's delare file
48 #define DECLARE_SINGLETON_CLASS( type ) \
49        friend class auto_ptr< type >;\
50        friend class Singleton< type >;
51 }
52 }
CresGuard 类主要的功能是线程访问同步,代码如下：

1 class CResGuard {
2 public:
3    CResGuard()  { m_lGrdCnt = 0; InitializeCriticalSection(&m_cs); }
4    ~CResGuard() { DeleteCriticalSection(&m_cs); }
5
6    // IsGuarded is used for debugging
7    BOOL IsGuarded() const { return(m_lGrdCnt > 0); }
8
9 public:
10    class CGuard {
11    public:
12       CGuard(CResGuard& rg) : m_rg(rg) { m_rg.Guard(); };
13       ~CGuard() { m_rg.Unguard(); }
14
15    private:
16       CResGuard& m_rg;
17    };
18
19 private:
20    void Guard()   { EnterCriticalSection(&m_cs); m_lGrdCnt++; }
21    void Unguard() { m_lGrdCnt--; LeaveCriticalSection(&m_cs); }
22
23    // Guard/Unguard can only be accessed by the nested CGuard class.
24    friend class CResGuard::CGuard;
25
26 private:
27    CRITICAL_SECTION m_cs;
28    long m_lGrdCnt;   // # of EnterCriticalSection calls
29 };

问题四实用方法

比如你有一个需要实现单件模式的类，就应该这样实现：

1 #include "singleton.h"
2 using namespace C2217::Pattern;
3
4 class ServiceManger
5 {
6 public:
7        void Run()
8        {
9        }
10 private:
11        ServiceManger(void)
12        {
13        }
14        virtual ~ServiceManger(void)
15        {
16        }
17        DECLARE_SINGLETON_CLASS(ServiceManger);
18 };
19
20 typedef Singleton<ServiceManger> SSManger;

在使用的时候很简单，跟一般的Singleton实现的方法没有什么不同。

1 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
2 {
3 SSManger::instance()->Run();
4 }

一个简单的Singleton模式的实现，可以看到C++语言背后隐藏的丰富的语意，我希望有人能实现一个更好的Singleton让大家学习。

Beatles 2012-11-09 14:10 发表评论

C++将字符串转换成数字

Beatles — Fri, 09 Nov 2012 02:06:00 GMT

1 int changestr(char* str)
2 {
3        int len = strlen(str);
4        int sum = 0;
5        float carry = 1.0/10;
6        for(int i=0; i<len; i++)
7        {
8               carry *= 10;
9               sum += (str[len-1-i]-'0')*carry;
10        }
11        return sum;
12 }

其中sum为carry为当前位之前的值。

str[len-1-i]-'0'是表示将字符的ascii码减去0的ascii码，最后出来的数字就是需要的数字。

每次*10的话就把当前位往前移了。

*改进了算法，增加了支持负数，以及碰到有问题的字符就会throw exception

Beatles 2012-11-09 10:06 发表评论

二叉树的三种遍历(递归算法)

Beatles — Fri, 09 Nov 2012 02:04:00 GMT

1 struct Node
2 {
3     int data;
4     Node* lchild;
5     Node* rchild;
6 }
7 void preorder(Node* parent)
8 {
9     if (parent!=NULL)
10     {
11         cout<<parent->data<<endl;
12         preorder(parent->lchild);
13         preorder(parent->rchild);
14     }
15 }
16 void inorder(Node* parent)
17 {
18     if (parent!=NULL)
19     {
20         inorder(parent->lchild);
21         cout<<parent->data<<endl;
22         inorder(parent->rchild);
23     }
24 }
25 void postorder(Node* parent)
26 {
27     if (parent!=NULL)
28     {
29         postorder(parent->lchild);
30         postorder(parent->rchild);
31         cout<<parent->data<<endl;
32     }
33 }

重新又看了一遍二叉树(Binary Tree)，发现很多东西自己还没有弄明白，原来三种遍历方式还不是自己想象中的那样

前序遍历(PreOrder)是先输出自己，然后左，最后右。

中序遍历(InOrder)是先左，再输出自己，最后右。

后序遍历(PostOrder)是先左，再右，最后输出自己。

所谓的XX遍历就是指把自己放在哪个优先位置上，而不是指从哪里开始遍历。

算下来其实搜索匹配也可以用这个方法，基本上就是以递归形成的。

另外还需要研究一下DFS(Depth First Search)以及BFS(Breadth First Search)的算法。

Beatles 2012-11-09 10:04 发表评论

C++中的单例模式

Beatles — Thu, 08 Nov 2012 06:27:00 GMT

单例模式也称为单件模式、单子模式，可能是使用最广泛的设计模式。其意图是保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。有很多地方需要这样的功能模块，如系统的日志输出，GUI应用必须是单鼠标，MODEM的联接需要一条且只需要一条电话线，操作系统只能有一个窗口管理器，一台PC连一个键盘。

单例模式有许多种实现方法，在C++中，甚至可以直接用一个全局变量做到这一点，但这样的代码显的很不优雅。使用全局对象能够保证方便地访问实例，但是不能保证只声明一个对象——也就是说除了一个全局实例外，仍然能创建相同类的本地实例。

《设计模式》一书中给出了一种很不错的实现，定义一个单例类，使用类的私有静态指针变量指向类的唯一实例，并用一个公有的静态方法获取该实例。

单例模式通过类本身来管理其唯一实例，这种特性提供了解决问题的方法。唯一的实例是类的一个普通对象，但设计这个类时，让它只能创建一个实例并提供对此实例的全局访问。唯一实例类Singleton在静态成员函数中隐藏创建实例的操作。习惯上把这个成员函数叫做Instance()，它的返回值是唯一实例的指针。

定义如下：

1 class CSingleton
2
3 {
4
5 //其他成员
6
7 public:
8
9 static CSingleton* GetInstance()
10
11 {
12
13       if ( m_pInstance == NULL )  //判断是否第一次调用
14
15         m_pInstance = new CSingleton();
16
17         return m_pInstance;
18
19 }
20
21 private:
22
23     CSingleton(){};
24
25     static CSingleton * m_pInstance;
26
27 };

用户访问唯一实例的方法只有GetInstance()成员函数。如果不通过这个函数，任何创建实例的尝试都将失败，因为类的构造函数是私有的。GetInstance()使用懒惰初始化，也就是说它的返回值是当这个函数首次被访问时被创建的。这是一种防弹设计——所有GetInstance()之后的调用都返回相同实例的指针：

CSingleton* p1 = CSingleton :: GetInstance();

CSingleton* p2 = p1->GetInstance();

CSingleton & ref = * CSingleton :: GetInstance();

对GetInstance稍加修改，这个设计模板便可以适用于可变多实例情况，如一个类允许最多五个实例。

单例类CSingleton有以下特征：

它有一个指向唯一实例的静态指针m_pInstance，并且是私有的；

它有一个公有的函数，可以获取这个唯一的实例，并且在需要的时候创建该实例；

它的构造函数是私有的，这样就不能从别处创建该类的实例。

大多数时候，这样的实现都不会出现问题。有经验的读者可能会问，m_pInstance指向的空间什么时候释放呢？更严重的问题是，该实例的析构函数什么时候执行？

如果在类的析构行为中有必须的操作，比如关闭文件，释放外部资源，那么上面的代码无法实现这个要求。我们需要一种方法，正常的删除该实例。

可以在程序结束时调用GetInstance()，并对返回的指针掉用delete操作。这样做可以实现功能，但不仅很丑陋，而且容易出错。因为这样的附加代码很容易被忘记，而且也很难保证在delete之后，没有代码再调用GetInstance函数。

一个妥善的方法是让这个类自己知道在合适的时候把自己删除，或者说把删除自己的操作挂在操作系统中的某个合适的点上，使其在恰当的时候被自动执行。

我们知道，程序在结束的时候，系统会自动析构所有的全局变量。事实上，系统也会析构所有的类的静态成员变量，就像这些静态成员也是全局变量一样。利用这个特征，我们可以在单例类中定义一个这样的静态成员变量，而它的唯一工作就是在析构函数中删除单例类的实例。如下面的代码中的CGarbo类（Garbo意为垃圾工人）：

1 class CSingleton
2
3 {
4
5 //其他成员
6
7 public:
8
9 static CSingleton* GetInstance();
10
11 private:
12
13     CSingleton(){};
14
15     static CSingleton * m_pInstance;
16
17 class CGarbo //它的唯一工作就是在析构函数中删除CSingleton的实例
18
19 {
20
21         public:
22
23             ~CGarbo()
24
25             {
26
27                 if( CSingleton::m_pInstance )
28
29                   delete CSingleton::m_pInstance;
30
31 }
32
33          }
34
35         Static CGabor Garbo; //定义一个静态成员，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数
36
37 }；

类CGarbo被定义为CSingleton的私有内嵌类，以防该类被在其他地方滥用。

程序运行结束时，系统会调用CSingleton的静态成员Garbo的析构函数，该析构函数会删除单例的唯一实例。

使用这种方法释放单例对象有以下特征：

在单例类内部定义专有的嵌套类；

在单例类内定义私有的专门用于释放的静态成员；

利用程序在结束时析构全局变量的特性，选择最终的释放时机；

使用单例的代码不需要任何操作，不必关心对象的释放。

(出处：http://hi.baidu.com/csudada/blog/item/208fb0f56bb61266dcc47466.html)

进一步的讨论

但是添加一个类的静态对象，总是让人不太满意，所以有人用如下方法来重现实现单例和解决它相应的问题，代码如下

1 class CSingleton
2
3 {
4
5     //其他成员
6
7     public:
8
9         static Singleton &GetInstance()
10
11 {
12
13     static Singleton instance;
14
15     return instance;
16
17 }
18
19         private:
20
21             Singleton() {};
22
23 };

使用局部静态变量，非常强大的方法，完全实现了单例的特性，而且代码量更少，也不用担心单例销毁的问题。

但使用此种方法也会出现问题，当如下方法使用单例时问题来了，

Singleton singleton = Singleton :: GetInstance();

这么做就出现了一个类拷贝的问题，这就违背了单例的特性。产生这个问题原因在于：编译器会为类生成一个默认的构造函数，来支持类的拷贝。

最后没有办法，我们要禁止类拷贝和类赋值，禁止程序员用这种方式来使用单例，当时领导的意思是GetInstance()函数返回一个指针而不是返回一个引用，函数的代码改为如下：

1 static Singleton *GetInstance()
2
3 {
4
5 static Singleton instance;
6
7 return &instance;
8
9 }

但我总觉的不好，为什么不让编译器不这么干呢。这时我才想起可以显示的生命类拷贝的构造函数，和重载 = 操作符，新的单例类如下：

1 class Singleton
2
3 {
4
5     //其他成员
6
7     public:
8
9         static Singleton &GetInstance()
10
11 {
12
13     static Singleton instance;
14
15     return instance;
16
17 }
18
19         private:
20
21             Singleton() {};
22
23             Singleton(const Singleton);
24
25             Singleton & operate = (const Singleton&);
26
27 };

关于Singleton(const Singleton); 和 Singleton & operate = (const Singleton&); 函数，需要声明成私用的，并且只声明不实现。这样，如果用上面的方式来使用单例时，不管是在友元类中还是其他的，编译器都是报错。

不知道这样的单例类是否还会有问题，但在程序中这样子使用已经基本没有问题了。

（出处：http://snailbing.blogbus.com/logs/45398975.html）

优化Singleton类，使之适用于单线程应用

Singleton使用操作符new为唯一实例分配存储空间。因为new操作符是线程安全的，在多线程应用中你可以使用此设计模板，但是有一个缺陷：就是在应用程序终止之前必须手工用delete摧毁实例。否则，不仅导致内存溢出，还要造成不可预测的行为，因为Singleton的析构函数将根本不会被调用。而通过使用本地静态实例代替动态实例，单线程应用可以很容易避免这个问题。下面是与上面的GetInstance()稍有不同的实现，这个实现专门用于单线程应用：

1 CSingleton* CSingleton :: GetInstance()
2
3 {
4
5 static CSingleton inst；
6
7 return &inst；
8
9 }

本地静态对象实例inst是第一次调用GetInstance()时被构造，一直保持活动状态直到应用程序终止，指针m_pInstance变得多余并且可以从类定义中删除掉，与动态分配对象不同，静态对象当应用程序终止时被自动销毁掉，所以就不必再手动销毁实例了。

（出处：http://blog.csdn.net/pingnanlee/archive/2009/04/20/4094313.aspx）

代码学习（从http://apps.hi.baidu.com/share/detail/32113057引用）

  1 #include <iostream>
  2
  3 using namespace std;
  4
  5 //单例类的C++实现
  6
  7 class Singleton
  8
  9 {
10
11 private:
12
13        Singleton();//注意:构造方法私有
14
15
16
17        static Singleton* instance;//惟一实例
18
19        int var;//成员变量(用于测试)
20
21 public:
22
23        static Singleton* GetInstance();//工厂方法(用来获得实例)
24
25        int getVar();//获得var的值
26
27        void setVar(int);//设置var的值
28
29        virtual ~Singleton();
30
31 };
32
33 //构造方法实现
34
35 Singleton::Singleton()
36
37 {
38
39        this->var = 20;
40
41        cout<<"Singleton Constructor"<<endl;
42
43 }
44
45 Singleton::~Singleton()
46
47 {
48
49        cout<<"Singleton Destructor"<<endl;
50
51        //delete instance;
52
53 }
54
55 //初始化静态成员
56
57 /*Singleton* Singleton::instance=NULL;
58
59 Singleton* Singleton::GetInstance()
60
61 {
62
63        if(NULL==instance)
64
65               instance=new Singleton();
66
67        return instance;
68
69 }*/
70
71 Singleton* Singleton::instance=new Singleton;
72
73 Singleton* Singleton::GetInstance()
74
75 {
76
77        return instance;
78
79 }
80
81 //seter && getter含数
82
83 int Singleton::getVar()
84
85 {
86
87        return this->var;
88
89 }
90
91 void Singleton::setVar(int var)
92
93 {
94
95        this->var = var;
96
97 }
98
99 //main
100
101 void main()
102
103 {
104
105        Singleton *ton1 = Singleton::GetInstance();
106
107        Singleton *ton2 = Singleton::GetInstance();
108
109       if(ton1==ton2)
110
111               cout<<"ton1==ton2"<<endl;
112
113        cout<<"ton1 var = "<<ton1->getVar()<<endl;
114
115        cout<<"ton2 var = "<<ton2->getVar()<<endl;
116
117        ton1->setVar(150);
118
119        cout<<"ton1 var = "<<ton1->getVar()<<endl;
120
121        cout<<"ton2 var = "<<ton2->getVar()<<endl;
122
123        delete Singleton::GetInstance();//必须显式地删除
124
125 }

Beatles 2012-11-08 14:27 发表评论

C++中经典的单向链表反转

Beatles — Thu, 08 Nov 2012 06:15:00 GMT

1 struct linka {
2 int data;
3 linka* next;
4 };
5 void reverse(linka*& head) {
6 if(head ==NULL)
7     return;
8 linka *pre, *cur, *ne;
9 pre=head;
10 cur=head->next;
11 while(cur)
12 {
13    ne = cur->next;
14    cur->next = pre;
15    pre = cur;
16    cur = ne;
17 }
18 head->next = NULL;
19 head = pre;
20 }

其中比较难理解的是linka*& head，传入的其实就是linka *的类型就可以了，linka *是表示linka类型的指针，&表示head的地址，也就是linka的指针

另外需要熟悉的是head->next，其实有点像C#中的head.Next，就是structure中的一个属性.

首先定义3个指针，分别是前中后，然后当中间那个指针非空，就是当前不是空，就做循环里的事情

注意的是这个算法里面next是在循环里面赋值的

每次循环都把current指向previous了，然后大家都往后移一个，next=current->next必须在current改变方向之前做，否则改变了方向之后current的next就变成previous了。

最后跳出循环之后，将header的next首先置空，因为head变成了最后一个node了。然后head就变成了previous，因为当时 current和next都为NULL了，只有previous为最后一个节点（或者说这时候应该是第一个非空节点，也就是head）

终于把整个算法理解了一遍，最后想想其实挺简单，但是能用c++写出来也不太容易，特别是在面试的时候。

再增加一个递归的单链表反转的方法：

1 static link ReverseLink3(link pNode)   // using recursion
2         {
3             if (pNode.next == null)
4                 return pNode;
5             link pNext = pNode.next;
6             link head = ReverseLink3(pNext);
7             pNext.next = pNode;
8             pNode.next = null;
9             return head;
10         }

Beatles 2012-11-08 14:15 发表评论