C++でSingletonパターン

Singletonパターンはクラスのインスタンスが一つしかないことを保証するパターンです。
Singletonパターンのメリットは

• 不要なインスタンスの生成を禁止することができる。

です。
まずは次のクラス図をご覧ください

このクラス図で重要なのは

• getInstance()メソッド(static Singleton& getInstance())
• privateなコンストラクタ(Singleton)

の二つですこれらによりsingletonを実現します。
つぎにソースを見てみましょう、用意するのは次のファイルです。

• main.cpp
• Singleton.h
• Singleton.cpp

ますはSingleton.hです。

view plainprint?

1. #ifndef _SINGLETON_H_  
2. #define _SINGLETON_H_  
3.   
4. class Singleton  
5. {  
6. public:  
7.   
8. // get instance  
9. static Singleton& getInstance(); // ①  
10.   
11. // to string  
12. const char*const toString(); // ②  
13.   
14. // destructor  
15. ~Singleton(); // ③  
16.   
17. private:  
18. // constructor  
19. Singleton(); // ④  
20. Singleton(const Singleton& _singleton); // ⑤  
21.   
22. // initialize  
23. const bool init(); // ⑥  
24.   
25. // operator(=)  
26. Singleton& operator=(const Singleton& _singleton); // ⑦  
27.   
28. };  
29. #endif  

#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_

class Singleton
{
public:

// get instance
static Singleton& getInstance(); // ①

// to string
const char*const toString(); // ②

// destructor
~Singleton(); // ③

private:
// constructor
Singleton(); // ④
Singleton(const Singleton& _singleton); // ⑤

// initialize
const bool init(); // ⑥

// operator(=)
Singleton& operator=(const Singleton& _singleton); // ⑦

};
#endif

①唯一のインスタンスを取得するためのインタフェースです。
②文字列化のインタフェースです。Singletonパターンとは関係有りません。
③デストラクタです。
④⑤インスタンスの生成を禁止するためにコンストラクタをprivateで宣言しています。
⑥初期化メソッドですSingletonパターンとは関係ありません。
⑦operator=をprivateで宣言することによりインスタンスのコピーを禁止しています。Singletonパターンとは関係有りません。

次にSingleton.cppファイルを見てみます。

view plainprint?

1. #include "Singleton.h"  
2.   
3. Singleton& Singleton::getInstance()  
4. {  
5. static Singleton singleton; // ①  
6.   
7. static bool isAlreadyInit = false; // ②  
8. if (isAlreadyInit) {  
9. // do nothing...  
10. }  
11. else {  
12. isAlreadyInit = singleton.init();  
13. }  
14. return singleton;  
15. }  
16.   
17. // to string  
18. const char*const Singleton::toString()  
19. {  
20. static char* str = "singleton";  
21. return str;  
22. }  
23.   
24. // constructor  
25. Singleton::Singleton()  
26. {  
27. // do nothing...  
28. }  
29.   
30. // destructor  
31. Singleton::~Singleton()  
32. {  
33. // do nothing...  
34. }  
35.   
36. // initialize  
37. const bool Singleton::init()  
38. {  
39. // do nothing...  
40. return true;  
41. }  

#include "Singleton.h"

Singleton& Singleton::getInstance()
{
static Singleton singleton; // ①

static bool isAlreadyInit = false; // ②
if (isAlreadyInit) {
// do nothing...
}
else {
isAlreadyInit = singleton.init();
}
return singleton;
}

// to string
const char*const Singleton::toString()
{
static char* str = "singleton";
return str;
}

// constructor
Singleton::Singleton()
{
// do nothing...
}

// destructor
Singleton::~Singleton()
{
// do nothing...
}

// initialize
const bool Singleton::init()
{
// do nothing...
return true;
}

①唯一のインスタンスをstaticで定義しています。
②初期化処理を最初の1回だけ行うために初期化済みフラグを定義して初期化したらtrueを代入します。
注：この実装はスレッドセーフではありません。

最後にmain.cppです。

view plainprint?

1. #include "Singleton.h"  
2. #include <stdio.h>  
3.   
4. void main (void)  
5. {  
6. Singleton& apple = Singleton::getInstance();    // ①  
7. printf("%s\n", apple.toString());       // ②  
8. printf("hit any key...\n");             // ③  
9. while(getchar() == EOF);                // ④  
10. }  
11. </stdio.h>  

#include "Singleton.h"
#include 

void main (void)
{
Singleton& apple = Singleton::getInstance();    // ①
printf("%s\n", apple.toString());       // ②
printf("hit any key...\n");             // ③
while(getchar() == EOF);                // ④
}

①getInstance()メソッドでインスタンスを取得しています。
②取得したインスタンスのtoString()メソッドを呼び出しています。
③"hit any key..."を標準出力に表示しています。
④いずれかのkeyが押されるまでループしています。

以上でSingletonパターンの説明は終わりです。ソースコードはコピペで動かせるハズですので是非試してみてください。