Примеры использования Паттерн Singleton (Одиночка) - [2]

В приведенной выше реализации класса Singleton, есть метод создания объекта, но отсутствует метод его удаления. Это означает, что программист должен помнить в каком месте программы объект удаляется. Другая проблема, связанная с удалением объекта из памяти, возникает при полиморфном использовании объектов класса. Рассмотрим, например, такой код.

Листинг 5

class Client {
 Singleton * _pS;
public:
 SetObject(Singleton *p) {_pS=p;}
 ~Client(){delete _pS;}
};

void main() {
 Client c1,c2;
 c1.SetObject(Singleton::Instance());
 c2.SetObject(Singleton::Instance());
}

Эта программа будет пытаться удалить дважды один и тот же объект, что приведет к исключительной ситуации в программе. При выходе из контекста функции main, сначала будет вызван деструктор объекта c2, который удалит объект класса Singleton, а затем то же самое попытается сделать и деструктор объекта c1. В связи с этим, хотелось бы иметь механизм, позволяющий автоматически отслеживать ссылки на объект класса Singleton, и автоматически удалять его только тогда, когда на объект нет активных ссылок. Для этого используют специальный метод FreeInst(), удаляющий объект только в случае, если активных ссылок на него нет.

Другая задача, которую надо решить – запрет удаления клиентом объекта Singleton посредством оператора delete. Это решается помещением деструктора в секцию protected.Тем самым, клиенту ничего не остается, как использовать пару Instance()/FreeInst() для управления временем жизни объекта.

Листинг 6

class Singleton {
protected:
 static Singleton* _self;
 static int _refcount;
 Singleton(){};
 ~Singleton(){};
public:
 static Singleton* Instance();
 void FreeInst() {_refcount--; if(!_refcount) {delete this; _self=NULL;}}
};

В данном примере, в класс Singleton введен счетчик ссылок. Метод FreeInst() вызывает оператор удаления только тогда, когда _refcount равен нулю.

Проблема наследования

Если существует необходимость наследовать от класса Singleton, то следует придерживаться определенных правил.

Во-первых, класс-наследник должен переопределить метод Instance(), так, чтобы создавать экземпляр производного класса. Если не предполагается, что указатель будет использоваться полиморфно, то можно объявить возвращаемый тип метода Instance() как указатель на класс-наследник, в противном случае, метод Instance() должен возвращать указатель на базовый класс (Singleton).

Во-вторых, в базовом классе деструктор должен быть объявлен как виртуальный: в определенный момент клиент вызывает метод FreeInst для указателя на базовый класс. Поскольку метод FreeInst сводится к оператору delete this, то в случае, если деструктор не виртуальный, будет вызван деструктор базового класса, но не будет вызван деструктор класса-потомка. Чтобы избежать такой ситуации, следует явно объявить деструктор базового класса виртуальным.

В-третьих, конструктор класса-потомка также должен быть объявлен в защищенной секции, чтобы избежать возможности создания объекта класса напрямую, минуя метод Instance().

Листинг 7

class Singleton {
protected:
 static Singleton* _self;
 static int _refcount;
 Singleton(){}
 virtual ~Singleton() {printf ("~Singleton\n");}
public:
 static Singleton* Instance();
 void FreeInst();
};

class SinglImpl: public Singleton {
protected:
 SinglImpl(){}
//объявление виртуальным в базовом классе автоматически
 //дает виртуальность в производном.
 ~SinglImpl() {printf ("~SinglImpl\n");}
public:
 static Singleton* Instance() {
  if(!_self) _self = new SinglImpl();
  _refcount++;
  return _self;
 }
};

void main() {
 Singleton *p = SinglImpl::Instance();
 …
 …
 …
 p->FreeInst();
}

Результат работы:

~SinglImpl

~Singleton

Иногда может возникнуть ситуация, при которой клиент должен полиморфно работать с объектами, имеющими общий базовый класс, но некоторые из них реализуют паттерн Singleton, а некоторые нет. Проблема возникает в момент освобождения объектов, так как у простых классов нет механизма отслеживания ссылок, а у классов, реализующих Singleton, он есть. При вызове метода FreeInst() через указатель на базовый класс будет вызываться FreeInst() базового класса, не имеющего понятия о подсчете ссылок. Это приведет и к безусловному удалению объектов “Singleton” из памяти. Для предотвращения такого поведения следует объявить виртуальным метод FreeInst() в базовом классе и реализовать специфическое поведение метода для классов Singleton. Реализация FreeInst() в базовом классе предоставляет механизм удаления объектов, не являющихся Singleton’ами.

Листинг 8

class base {
protected:

 virtual ~base(){} //гарантируем удаление только через FreeInst()

public:
 virtual void Do1()=0;
 virtual void FreeInst(){delete this;}
};

class Simple: public base {
protected:
 ~Simple () {printf("Simple::~Simple\n");}
public:
 void Do1(){printf("Simple::Do1\n");}
};

class Singleton: public base {
 static Singleton* _self;
 static int _refcount;
protected:
 Singleton(){}
 ~Singleton () {printf("Singleton::~Singleton\n");}
public:
 static Singleton* Instance() {
  if(!_self) _self = new Singleton ();
  _refcount++;
  return _self;
 }
 void FreeInst() {_refcount--; if(!_refcount) {delete this; _self=NULL;}}