本文由子龍山人原創(chuàng),原文鏈接：http://www.zilongshanren.com/cocos2d-x-design-pattern-singleton1/
cocos2d-x 官網(wǎng)： http://www.cocos.com/docs/html5/v3/singleton-objs/zh.html
1.Cocos2D-x中的單例如下：
CCDirector ,CCTextureCache, CCSpriteFrameCache, CCAnimationCache, CCUserDefault, CCNotificationCenter， CCShaderCache， CCScriptEngineManager， CCFileUtils， SimleAudioEngie
為什么會存在這樣一些單例呢？
CCDirector單例:
它負(fù)責(zé)管理初始化OpenGL渲染窗口以及游戲場景的流程控制，它是cocos2dx游戲開發(fā)中必不可少的類之一。
為什么要把此類設(shè)計(jì)成單例對象呢？
因?yàn)椋粋€(gè)游戲只需要有一個(gè)游戲窗口就夠了，所以，只需要初始化一次OpenGL渲染窗口。而且場景的流程控制功能，也只需要存在一個(gè)這樣的場景控制對象即可。為了保證CCDirector類只存在一個(gè)實(shí)例對象，就必須使用單例模式。
CCTextureCache單例:
此類主要負(fù)責(zé)加載游戲當(dāng)中所需要的紋理圖片資源，這些資源加載好以后，就可以一直保留在內(nèi)存里面，當(dāng)下次再需要使用此紋理的時(shí)候，直接返回相應(yīng)的紋理對象引用就可以了，無需再重復(fù)加載。當(dāng)然，這樣做可能會很浪費(fèi)內(nèi)存，所以cocos2dx采用了一種引用計(jì)數(shù)的方式來管理對象內(nèi)存，當(dāng)紋理剛被加載進(jìn)來的時(shí)候，引用計(jì)數(shù)為1。如果使用此紋理對象創(chuàng)建一個(gè)精靈，那么此紋理對象引用會加1.如果精靈被釋放，則相應(yīng)的引用計(jì)數(shù)減1.當(dāng)紋理的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?的時(shí)候，紋理所占用的內(nèi)存自然就會被釋放掉。這也是為什么在收到內(nèi)存警告的時(shí)候，會調(diào)用CCTextureCache的removeUnusedTextures方法。此方法會將所有引用計(jì)數(shù)為1的紋理對象全部釋放掉。單從字面上看，Cache，即緩存的意思。它以犧牲一定的內(nèi)存壓力為代價(jià)，帶來的是游戲性能的提升。這種cache技術(shù)，在游戲開發(fā)中比比皆是。注：IO操作對游戲性能影響非常大，要極力避免！！！
擴(kuò)展：
類似的CCSpriteFrameCache、CCAnimationCache和CCShaderCache，它們也都是緩存類，分別負(fù)責(zé)緩存SpriteFrame、Animation和Shader。這樣做的原因無非就是為了性能，以空間換時(shí)間.
CCUserDefault單例:
此類主要是用來保存游戲中的數(shù)據(jù)用的，它會創(chuàng)建一個(gè)xml文件，并把用戶自定義的數(shù)據(jù)以key-value的形式存儲到此xml文件中。此類為什么會變成單例類呢？原因也很簡單，因?yàn)轭愃七@種操作數(shù)據(jù)文件，或者配置文件的類，通常只需要在程序運(yùn)行過程中存在一個(gè)實(shí)例即可。
CCNotificationCenter單例:
這是一個(gè)通知中心，它其實(shí)還運(yùn)用了一個(gè)觀察者模式，這里暫時(shí)不討論。該通知中心理論上也是只需要一個(gè)就夠了。但是，cocos2d-x在實(shí)現(xiàn)此單例的時(shí)候，并沒有將此類的構(gòu)造函數(shù)私有么，我在猜想，是不是開發(fā)人員有意為之呢？或者多個(gè)通知中心也有其存在的價(jià)值。這個(gè)大家可以討論一下。
CCScriptEngineManager單例:
此類包含一個(gè)實(shí)現(xiàn)了CCScriptEngineProtocl接口的對象引用，它可以幫助我們方便地找到LuaEngine對象。這里單例的作用純粹變成了LuaEngine的一個(gè)全局訪問點(diǎn)了。
為什么不直接把LuaEngine作為單例對象呢?
是否在某些情況之下，可能需要創(chuàng)建多個(gè)LuaEngine對象？如果考慮到cocos2d-x還可以同時(shí)支持其它的腳本引擎，那也可以相應(yīng)的把另外的腳本引擎設(shè)計(jì)成單例類。當(dāng)然，這樣做無疑會使引擎里面的單例過多。考慮到單例模式近年來被廣大開發(fā)者所詬病，已將其列入“反模式”。這里引用CCScriptEngineManager單例類，給其它引擎對象提供訪問的惟一全局點(diǎn)，這也不失為一個(gè)辦法。不知我的推測是否正確？
CCFileUtils類:
該類是一個(gè)工具類。工具類和配置文件類，它們絕大多數(shù)情況也都是設(shè)計(jì)成單例的。因?yàn)樗鼈儧]有存在多個(gè)實(shí)例的必要。同時(shí)，它們也可以實(shí)現(xiàn)為一組類方法，這樣無需創(chuàng)建對象也能夠使用。
SimpleAudioEngine類:
它也被設(shè)計(jì)成了一個(gè)單例類。因?yàn)樗峁┙o了開發(fā)人員最簡單的聲音操作接口，可以方便地處理游戲中的背景音樂和音效。此類同時(shí)還應(yīng)用了外觀模式，把CocoDenshion子系統(tǒng)中的復(fù)雜功能給屏蔽起來了，簡化了客戶端程序員的調(diào)用。該類為什么要設(shè)計(jì)成單例，是因?yàn)榈教幎家L問它。設(shè)計(jì)成單例會很方便，而且它與其它對象沒有什么聯(lián)系，不好使用對象組合。
2.使用單例模式的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：簡單易用，限制一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，可以減少創(chuàng)建多個(gè)對象可能會引起的內(nèi)存問題的風(fēng)險(xiǎn)，包括內(nèi)存泄漏、內(nèi)存占用問題。
缺點(diǎn)：單例模式因?yàn)樘峁┝艘粋€(gè)全局的訪問點(diǎn)，你可以在程序的任何地方輕而易取地訪問到，這本身就是一種高耦合的設(shè)計(jì)。一旦單例改變以后，其它模板都需要修改。另外，單例模式使得對象變成了全局的了。學(xué)過面對對象編程的人都知道，全局變量是非常邪惡的，要盡量不要使用。而且單例模式會使得對象的內(nèi)存在程序結(jié)束之前一直存在，在一些使用GC的語言里面，這其實(shí)就是一種內(nèi)存泄漏，因?yàn)樗鼈冇肋h(yuǎn)都不到釋放。當(dāng)然，也可以通過提供一些方法來釋放單例對象所占用的內(nèi)存，比如前面提到的XXXCache對象，都有相應(yīng)的Purge方法。最后，cocos2dx里面實(shí)現(xiàn)的單例，99%都不是線程安全的。
在討論優(yōu)缺點(diǎn)的時(shí)候，讀者想必也看出來了，缺點(diǎn)比優(yōu)點(diǎn)多多了。這是給大家提個(gè)醒，以后使用單例模式的時(shí)候要謹(jǐn)慎，不要濫用。因?yàn)榇四Ｊ阶钊菀妆粸E用。只有真正符合單例模式應(yīng)用場景的時(shí)候，才能考慮。不要為了訪問方便，就把任何類都弄成單例，這樣，到最后，你會發(fā)現(xiàn)你的程序里面就只剩下一堆單例和工廠了。此外，單例模式正在消減，比如CCActionManager和CCTouchDispatcher在cocos2d1.0之前也是單例，現(xiàn)在變成了CCDirector類的屬性了。而且Riq（cocos2d-iphone的作者）也有在郵件中提到，以后CCDirector對象也會變成非單例，并且允許一個(gè)游戲中創(chuàng)建多個(gè)游戲窗口。
3.單例模式的定義
public class Singleton
{
public:
//全局訪問點(diǎn)
static Singleton* SharedSingleton()
{
if(NULL == m_spSingleton)
{
m_spSingleton = new Singleton();
}
return m_spSingleton;
}
private:
static Singleton* m_spSingleton;
Singleton();
Singleton(const Singleton& other);
Singleton& operator=(const Singleton& other);
};
Singleton* Singleton::m_spSingleton = NULL;
注意，這里只是最基本的實(shí)現(xiàn)，它沒有考慮到線程安全，也沒有考慮內(nèi)存釋放。但是，這個(gè)實(shí)現(xiàn)有兩個(gè)最基本的要素。一：定義一個(gè)靜態(tài)變量，并把構(gòu)造函數(shù)等設(shè)置為私有的。二：提供一個(gè)全局的訪問點(diǎn)給外部訪問。
4.游戲開發(fā)中如何運(yùn)用此模式呢？
眾所周知，游戲開發(fā)中離不開游戲數(shù)據(jù)保存和加載。這些數(shù)據(jù)包括關(guān)卡數(shù)據(jù)、游戲進(jìn)行中的狀態(tài)數(shù)據(jù)等。這樣一些信息很多游戲模塊中都需要訪問，所以可以為之設(shè)置一個(gè)單例對象。我武斷地認(rèn)為，客戶端游戲開發(fā)中，至少需要一個(gè)單例對象。因?yàn)橐粋€(gè)全局的訪問點(diǎn)可以方便很多對象之間的交互。根據(jù)之前的討論，也可以把一些時(shí)覺需要用到的類引用保存在此單例對象中，不過只需要保存弱引用即可。使用單例，最嚴(yán)重的就是怕內(nèi)存泄漏，所以，大家盡量不要把單例類設(shè)計(jì)地太復(fù)雜，也不要讓它包含過多的動態(tài)內(nèi)存管理工作。
二段構(gòu)建模式
所謂二段構(gòu)建，就是指創(chuàng)建對象時(shí)不是直接通過構(gòu)建函數(shù)來分配內(nèi)存并完成初始化操作。取而代之的是，構(gòu)造函數(shù)只負(fù)責(zé)分配內(nèi)存，而初始化的工作則由一些名為initXXX的成員方法來完成。然后再定義一些靜態(tài)類方法把這兩個(gè)階段組合起來，完成最終對象的構(gòu)建。因?yàn)樵凇禖ocoa設(shè)計(jì)模式》一書中，把此慣用法稱之為“Two Stage Creation”，即“二段構(gòu)建”。因?yàn)榇四Ｊ皆赾ocos2d里面被廣泛使用，所以把該模式也引入過來了。
1.應(yīng)用場景：
二段構(gòu)建在cocos2d-x里面隨處可見，自從2.0版本以后，所有的二段構(gòu)建方法的簽名都改成create了。這樣做的好處是一方面統(tǒng)一接口，方便記憶，另一方面是以前的類似Cocoa的命名規(guī)范不適用c++，容易引起歧義。下面以CCSprite為類，來具體闡述二段構(gòu)建的過程，請看下列代碼：
//此方法現(xiàn)在已經(jīng)不推薦使用了，將來可能會刪除
CCSprite* CCSprite::spriteWithFile(const char pszFileName)
{
return CCSprite::create(pszFileName);
}
CCSprite CCSprite::create(const char *pszFileName)
{
CCSprite *pobSprite = new CCSprite(); //1.第一階段，分配內(nèi)存
if (pobSprite && pobSprite->initWithFile(pszFileName)) //2.第二階段，初始化
{
pobSprite->autorelease(); //！！！額外做了內(nèi)存管理的工作。
return pobSprite;
}
CC_SAFE_DELETE(pobSprite);
return NULL;
}
如上面代碼中的注釋所示，創(chuàng)建一個(gè)sprite明顯被分為兩個(gè)步驟：1.使用new來創(chuàng)建內(nèi)存；2.使用initXXX方法來完成初始化。
因?yàn)镃CSprite的構(gòu)造函數(shù)也有初始化的功能，所以，我們再來看看CCSprite的構(gòu)建函數(shù)實(shí)現(xiàn)：
CCSprite::CCSprite(void)
: m_pobTexture(NULL)
, m_bShouldBeHidden(false)
{
}
很明顯，這個(gè)構(gòu)建函數(shù)所做的初始化工作非常有限，僅僅是在初始化列表里面初始化了m_pobTexture和m_bShouldBeHidden兩個(gè)變量。實(shí)際的初始化工作大部分都放在initXXX系列方法中，大家可以動手去查看源代碼。
2.分析為什么要使用此模式？
這種二段構(gòu)建對于C++程序員來說，其實(shí)有點(diǎn)別扭。因?yàn)閏++的構(gòu)造函數(shù)在設(shè)計(jì)之初就是用來分配內(nèi)存+初始化對象的。如果再搞個(gè)二段構(gòu)建，實(shí)則是多此一舉。但是，在objective-c里面是沒有構(gòu)造函數(shù)這一說的，所以，在Cocoa的編程世界里，二段構(gòu)建被廣泛采用。而cocos2d-x當(dāng)初是從cocos2d-iphone移植過來了，為了保持最大限度的代碼一致性，所以保留了這種二段構(gòu)建方式。這樣可以方便移植cocos2d-iphone的游戲，同時(shí)也方便cocos2d-iphone的程序員快速上手cocos2d-x。不過在后來，由于c++天生不具備oc那種可以指定每一個(gè)參數(shù)的名稱的能力，所以，cocos2d-x的設(shè)計(jì)者決定使用c++的函數(shù)重載來解決這個(gè)問題。這也是后來為什么2.0版本以后，都使用create函數(shù)的重載版本了.
雖然接口簽名改掉了，但是本質(zhì)并沒有變化，還是使用的二段構(gòu)建。二段構(gòu)建并沒有什么不好，只是更加突出了對象需要初始化。在某種程度上也可以說是一種設(shè)計(jì)強(qiáng)化。因?yàn)橥洺跏蓟且磺心涿畹腷ug的罪魁禍?zhǔn)住Ｍ瑫r(shí)，二段構(gòu)建出來的對象都是autorelease的對象，而autorelease對象是使用引用計(jì)數(shù)來管理內(nèi)存的。客戶端程序員在使用此接口創(chuàng)建對象的時(shí)候，無需關(guān)心具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只要知道使用create方法可以創(chuàng)建并初始化一個(gè)自動釋放內(nèi)存的對象即可。
在一點(diǎn)，在《Effective Java》一書中，也有提到。為每一個(gè)類提供一個(gè)靜態(tài)工廠方法來代替構(gòu)造函數(shù)，
它有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1.與構(gòu)造函數(shù)不同，靜態(tài)方法有名字，而構(gòu)造函數(shù)只能通過參數(shù)重載。
2.它每次被調(diào)用的時(shí)候，不一定都創(chuàng)建一個(gè)新的對象。比如Boolean.valueOf(boolean)。
3.它還可以返回原類型的子類型對象。
因此，使用二段構(gòu)建的原因有二：
1.兼容性、歷史遺留原因。（這也再次印證了一句話，一切系統(tǒng)都是遺留系統(tǒng)，呵呵）
2.二段構(gòu)建有其自身獨(dú)有的優(yōu)勢。
3.使用此模式的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？
優(yōu)點(diǎn)：
1.顯示分開內(nèi)存分配和初始化階段，讓初始化地位突出。因?yàn)槌绦騿T一般不會忘記分配內(nèi)存，但卻常常忽略初始化的作用。
2.見上面分析《Effective Java》的第1條：“為每一個(gè)類提供一個(gè)靜態(tài)工廠方法來代替構(gòu)造函數(shù)”
3.除了完成對象構(gòu)建，還可以管理對象內(nèi)存。
缺點(diǎn)：
1.不如直接使用構(gòu)造函數(shù)來得直白、明了，違反直覺，但這個(gè)是相對的。
4.此模式的定義及一般實(shí)現(xiàn)定義：將一個(gè)對象的構(gòu)建分為兩個(gè)步驟來進(jìn)行：1.分配內(nèi)存 2.初始化它的一般實(shí)現(xiàn)如下：
class Test
{
public:
//靜態(tài)工廠方法
static Test* create()
{
Test *pTest = new Test;
if (pTest && pTest->init()) {
//這里還可以做其它操作，比如cocos2d-x里面管理內(nèi)存
return pTest;
}
return NULL;
}
//
Test()
{
//分配成員變量的內(nèi)存，但不初始化
}
bool init(){
//這里初始化對象成員
return true;
}
private:
//這里定義數(shù)據(jù)成員
};
5.在游戲開發(fā)中如何運(yùn)用此模式
5.在游戲開發(fā)中如何運(yùn)用此模式這個(gè)也非常簡單，就是今后在使用cocos2d-x的時(shí)候，如果你繼承CCSprite實(shí)現(xiàn)自定義的精靈，你也需要按照“二段構(gòu)建”的方式，為你的類提供一個(gè)靜態(tài)工廠方法，同時(shí)編寫相應(yīng)的初始化方法。當(dāng)然，命名規(guī)范最好和cocos2d-x統(tǒng)一，即靜態(tài)工廠方法為create，而初始化方法為initXXXX。
6.此模式經(jīng)常與哪些模式配合使用
由于此模式在GoF的設(shè)計(jì)模式中并未出現(xiàn)，所以暫時(shí)不討論與其它模式的關(guān)系。最后看看cocos2d-x創(chuàng)始人王哲對于為什么要設(shè)計(jì)成二段構(gòu)建的看法：“其實(shí)我們設(shè)計(jì)二段構(gòu)造時(shí)首先考慮其優(yōu)勢而非兼容cocos2d-iphone. 初始化時(shí)會遇到圖片資源不存在等異常，而C++構(gòu)造函數(shù)無返回值，只能用try-catch來處理異常，啟用try-catch會使編譯后二進(jìn)制文件大不少，故需要init返回bool值。Symbian, Bada SDK，objc的alloc + init也都是二階段構(gòu)造”
