Как гарантировать единичность экземпляра некоего класса?
Предположим, что Вы проектируете программную систему, в которой некое устройство должно быть исключительно в одном экземпляре. Какие у нас варианты?
1. Создать класс устройства, объявить его экземпляр в специальном файле globals.cpp, и обязать программистов использовать строго его (именно так я делал на заре карьеры; наш шеф под роспись давал нам 'Меморандум о писании программ', там много было интересного).
2. Создать класс устройства, объявить в нем устройство статическим членом.
3. Реализовать в классе устройства подсчет экземпляров, ограничить максимальное количество единицей.
4. Создать 'закрытый' класс устройства, создать смарт-указатель на него так, чтобы смарт следил за одиночеством класса устройства.
Первый вариант сразу на помойку. Второй более интересен, но есть несколько неприятных проблем, связанных со статическими и глобальными данными. Правила C/C++ не определяют порядок конструирования таких объектов, если они находятся в разных файлах. То есть, у Вас прога уже вовсю дышит, работает - а находятся такие объекты, которые даже еще не инициализировались! Получается, что глобальные и статические объекты не должны рассчитывать друг на друга. С другой стороны, если объявить статический член, его нужно инициализировать - а данные могут быть еще не готовы.
Третий вариант кажется подходящим, но только кажется. Мы получим ошибку создания во время исполнения. Вот радость то, конструируем объект, а он нам исключения выбрасывает, мы об этом уже говорили в Шаге 12.
В общем, как водится, приходим к смарт-указателю. Конечно, переменную-член указателя на живой, натуральный объект объявляем статической. Но указатель-то инициализируется нулем, NULL. Это потом конструктору передать можно какие угодно параметры. Далее нужно определить статическую функцию, которая при первом обращении создает одинокий объект, а потом возвращает указатель на него. Нужно еще определить так же и разрушающую функцию; проблема будет в том, когда ее вызвать. Теперь можно создавать море смартов - реально они будут указывать на единственный объект. Код для такого способа уже незачем писать.
Зато интересно сделать вот что: пусть класс одинокого устройства будет смарт-указателем на самого себя[1]!
class CSingleton {
public:
static CSingleton* GetInstance (void);
static void DestroyInstance (void) {
if (m_instance) delete m_instance;
}
private:
static CSingleton* m_instance;
protected:
CSingleton() {}
};
CSingleton* CSingleton::m_instance = NULL;
CSingleton* CSingleton::GetInstance() {
if (!m_instance) m_instance = new CSingleton;
return m_instance;
}
Здесь доступ к единичному экземпляру осуществляется исключительно через статическую функцию GetInstance(). Код можно либо вставлять в каждое определение классов-одиночек, либо наследовать от базового класса и вести коллекцию одиночек. В любом случае, такое решение достаточно гибкое, чем объявление глобальных переменных.
Примечания
1
Э.Гамма, Р.Хелм, Р.Джонсон, Дж.Влиссидес. 'Паттерны проектирования.'
Крайне интересная книжка, описывает 23 стандартных шаблона (паттерна) проектирования; предполагает определенную подготовку; охватывает более высокий уровень программирования и проектирования. Данный прием там именуется как
