##Respecto al Singleton.
Un Singleton es un objeto que permite la existencia de una única instancia. La mayoría de lenguajes de programación no disponen de Singletons de manera nativa1, así que usan los constructos de que disponen para crearlos.
El Singleton, por otro lado, es un patrón de diseño que no goza de gran popularidad y es considerado como un anti-patrón de diseño no porque sea intrínsecamente maligno si no porque se suele usar mal o en situaciones en que no es necesario y suele complicar el código (sobre todo en situaciones de concurrencia) y los test asociados al mismo. Además, un Singleton es parecido a una variable global lo cuál sí que está considerado una mala práctica.
##Singleton en Qt.
Qt no dispone de una clase Singleton como parte de sus facilidades, pero da una guía para crear una usando sus propias facilidades:
template <class T>
class Singleton
{
public:
static T& instance()
{
qCallOnce(init, flag);
return *tptr;
}
static void init()
{
tptr.reset(new T);
}
private:
Singleton() {};
~Singleton() {};
Q_DISABLE_COPY(Singleton)
static QScopedPointer<T> tptr;
static QBasicAtomicInt flag;
};
La plantilla anterior es un adaptador para transformar en Singleton un objeto arbitrario; requiere llamar a la función estática instance()
(algo común en implementaciones de Singletons) la cuál delega en la función plantilla qCallOnce
:
template <class Function>
inline static void qCallOnce(Function func, QBasicAtomicInt& flag)
{
int protectFlag = flag.fetchAndStoreAcquire(flag.load());
if (protectFlag == CO_Finished)
return;
if (protectFlag == CO_Request && flag.testAndSetRelaxed(protectFlag,
CO_InProgress)) {
func();
flag.fetchAndStoreRelease(CO_Finished);
}
else {
do {
QThread::yieldCurrentThread();
}
while (!flag.testAndSetAcquire(CO_Finished, CO_Finished));
}
}
Cuya misión es asegurar que la función pasada como parámetro plantilla sea llamada una vez y sólo una. El ejemplo de uso de este Singleton sugerido por el equipo de Qt es el siguiente:
struct mi_objeto { void f() { std::cout << this << '\n'; } };
Singleton<mi_objeto>::instance().f();
mi_objeto &mo = Singleton<mi_objeto>::instance();
mo.f();
El código anterior mostrará dos veces la misma dirección de memoria pues en ambas ocasiones hemos accedido a la misma instancia de mi_objeto
; pero esta aproximación no nos impedirá hacer instancias adicionales de mi_objeto
sin usar el Singleton:
Singleton<mi_objeto>::instance().f(); // Accedemos al Singleton
mi_objeto &mo = Singleton<mi_objeto>::instance(); // Referenciamos el Singleton
mi_objeto a, b, c, d, e; // Creamos 5 instancias adicionales de mi_objeto
mo.f();
Así que mi_objeto
no será un Singleton, pero Singleton<mi_objeto>
sí que lo será.
##Singleton en C++.
La aproximación de Qt no es la única para crear un Singleton, desde C++11 es relativamente sencillo crear una clase que se comporte como un Singleton.
###Clase Singleton.
class Neo_The_Chosen_One // Solo puede haber uno!!
{
static Neo_The_Chosen_One singleton;
public:
Neo_The_Chosen_One(Neo_The_Chosen_One &&) = delete;
Neo_The_Chosen_One(const Neo_The_Chosen_One &) = delete;
Neo_The_Chosen_One &operator=(const Neo_The_Chosen_One &) = delete;
static Neo_The_Chosen_One &instance()
{
return singleton;
}
};
Neo_The_Chosen_One Neo_The_Chosen_One::singleton{};
El código anterior permite una y solo una instancia de el objeto Neo_The_Chosen_One
, dado que su constructor es privado y tiene borrados el constructor de copia/movimiento y el operador de copia, todos estos usos serían incorrectos:
// Error, constructor privado.
Neo_The_Chosen_One mr_anderson_1;
// Error, constructor de copia borrado.
Neo_The_Chosen_One mr_anderson_2 { Neo_The_Chosen_One::instance() };
// Error, operador de copia borrado.
Neo_The_Chosen_One mr_anderson_3 = Neo_The_Chosen_One::instance();
Los siguientes usos serían correctos:
Neo_The_Chosen_One &mr_anderson_4 { Neo_The_Chosen_One::instance() };
Neo_The_Chosen_One &mr_anderson_5 = Neo_The_Chosen_One::instance();
Las referencias mr_anderson_4
y mr_anderson_5
apuntarán a la misma instancia (la única permitida) y por ello será peligrosa de usar en sistemas concurrentes.
Pero si no nos importa que pueda existir más de una instancia de la misma clase (y los problemas de concurrencia) podemos usar una variable plantilla o la cláusula extern
con los mismos resultados y con menos código:
###Singleton variable plantilla.
struct mi_objeto { void f() { std::cout << this << '\n'; } };
template mi_objeto objeto;
La variable plantilla objeto
funciona como un Singleton (sólo habrá una instancia de objeto por cada valor DUMMY
) y se puede usar como los Singleton que ya hemos visto:
mi_objeto &mo { objeto<> };
mo.f();
objeto<>.f();
Esta aproximación tiene la peculiaridad de que podemos tener varios Singleton de mi_objeto
por cada valor que le demos al parametro plantilla DUMMY
, esto se debe a la regla de definición única de C++ y cómo esta regla funciona con las plantillas, según el estándar de C++ (resaltado y traducción mías):
###3.2 Regla de definición única
5. Se requiere exáctamente una definición de una clase en una unidad de traducción si dicha clase es usada de manera que su tipo necesite estar completo.
[...]
- Puede haber más de una definición del tipo de una clase (Cláusula 9), tipo enumerado (7.2), función en línea con enlazado externo (7.1.2), clase plantilla (Cláusula 14), función plantilla no estática (14.5.6), datos miembro de una clase plantilla (14.5.1.3), función miembro de una clase plantilla (14.5.1.1), o especialización de plantilla para la que algunos parámetros plantilla no están especificados (14.7, 14.5.5) en un programa en que cada definición aparezca en diferentes unidades de traducción, [...]
[...]
Si D es una plantilla y se define en más de una unidad de traducción, [...], entonces se comportará como si hubiera una única definición de D.
###Singleton variable global.
El Singleton se comporta como una variable global (por eso se gana tantos enemigos) así que una variable global en esencia, es un Singleton. Podemos conseguir las características de un Singleton usando el calificador extern
:
// mi_objeto.hpp
struct mi_objeto { void f() { std::cout << this << '\n'; } };
// mi_objeto.cpp
mi_objeto singleton{};
// Archivo1.hpp
#include "mi_objeto.hpp"
extern mi_objeto singleton;
// Archivo2.hpp
#include "mi_objeto.hpp"
extern mi_objeto singleton;
En el ejemplo anterior, la instancia de mi_objeto
llamada singleton
se comportará como un Singleton; es decir: tanto Archivo1.hpp
como Archivo2.hpp
accederán a la misma instancia de mi_objeto
llamada singleton
; para que esto funcione todas las declaraciones de singleton
tienen que ser extern
excepto una (si no obtendremos un error de enlazado).
1El único que conozco que de sporte nativo a singleton es Kotlin.