Padrões-10 - Padrões Criacionais - Singleton

Padrões de Projeto

Padrões Criacionais Singleton

2 Livro Texto: Design Pattern - Elements of Reusable OO Software - Gamma

Eduardo N. F. Zagari

Singleton

• Assegura que uma classe tenha apenas uma instância e provê um ponto de acesso global a ela



Motivação

• É importante a algumas classes ter exatamente uma instância – Ex.: várias impressoras, mas apenas um

spool de impressão. Um único sistema de arquivos, um único gerenciador de janelas etc

– Como garantir a única instância e o acesso fácil a ela? • Variável global? é possível instanciar múltiplos

objetos...



Motivação

• A melhor solução é fazer a própria classe responsável por manter “rastreável” sua única instância. – Assegurar que nenhuma outra instância seja

criada (interceptando requisições de criação de novos objetos)

– Prover uma forma de acesso a esta instância • Esta solução é o padrão Singleton



Aplicação

• Use Singleton quando: – Deve haver exatamente uma instância de

uma classe e ela deve ser acessível a clientes a partir de um ponto de acesso bem conhecido

– A instância única deve ser extensível via especialização e os clientes devem ser aptos a usar uma instância estendida sem modificar seu código



Estrutura



Participante

• Singleton – Define uma operação Instance que permite

aos clientes acessarem sua instância única. Instance é uma operação da classe (isto é, uma função membro estática em C++)

– Pode ser responsável por criar sua própria instância única



Colaborações

• Clientes acessam a instância de um Singleton apenas através da operação Instance do Singleton



Conseqüências

1. Acesso controlado à instância única 2. Espaço de nomes reduzido 3. Permite um número variável de

instâncias 4. Mais flexível que operações de classe



Implementação

• Assegurar uma instância única: esconder a operação que cria a instância atrás de uma operação de classe que garanta que somente uma instância seja criada



Implementação

• Note que o construtor é protegido. Um cliente que tente inicializar Singleton diretamente receberá um erro em tempo de compilação

• Note também que Instance usa lazy initialization



Implementação • Veja que não basta apenas definir o singleton como uma

variável global ou objeto estático, porque: – Não é possível garantir que somente uma instância de um

objeto estático seja declarada – Pode-se não ter toda a informação necessária para a

instanciação de todo singleton no instante da inicialização estática

– C++ não define a ordem na qual os construtores para objetos globais são chamados, isto significa que não pode haver nenhuma dependência entre singletons, caso contrário, erros serão inevitáveis.

– Além é claro, da desvantagem de objetos globais/estáticos (todos os singletons são criados, independente deles serem usados ou não)



Implementação

• Especializando classes Singleton – A técnica mais simples é determinar qual singleton se

quer usar de dentro da operação Instance (p.ex., via variável de ambiente)

– Outra forma de se escolher a subclasse de Singleton é colocar Instance dentro das subclasses (liga-se um objeto que contém uma implementação diferente – portanto, escondendo-se isto da implementação do cliente)

– Uma terceira forma é usar um registro de singletons



Implementação - Registro

• Ao invés de Instance definir um conjunto de possíveis classes Singleton, as classes Singleton registram suas instâncias pelo nome em um registro bem conhecido

• O registro mapeia entre nomes e singletons • Quando Instance precisa de um singleton, ele

consulta o registro pelo nome • O registro procura pelo singleton

correspondente (se existe) e o retorna • Esta técnica libera Instance de ter que conhecer

todas as possíveis classes de Singleton



Implementação



Implementação

• Onde as classes Singleton se registram? • Em seu construtor?

• Problema: o construtor só é chamado se a classe já tiver sido chamada...



Implementação

• Solução: definir uma instância estática

• Neste caso, a classe não é mais responsável por criar o singleton, mas apenas torná-lo acessível no sistema.

• A desvantagem é que as instâncias de todas as possíveis subclasses Singleton devem ser criadas ou não serão registradas



Exemplo

No exemplo da MazeFactory, precisa-se apenas de uma única instância da fábrica de labirinto.

Exemplo 1: considera-se que nunca haverá subclasses de MazeFactory

Exemplo 2: há subclasses de MazeFactory



Exemplo 1



Exemplo 2



Exemplo 2

• Note que Instance deve ser modificada sempre que se define uma nova subclasse de MazeFactory

• Uma possível solução é o registro de singletons

• Outra solução é fazer “linkagem” dinâmica.



Exemplo

• Para criar um labirinto que contenha cômodos encantados, basta chamar CreateMaze de um EnchantedMazeGame:

EnchantedMazeGame game;

game.CreateMaze();

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