C++ 单例模式（介绍+实现）

文章目录

• [一. 设计模式](#一. 设计模式)
• [二. 单例模式](#二. 单例模式)
• [三. 饿汉模式](#三. 饿汉模式)
• [四. 懒汉模式](#四. 懒汉模式)
• 结束语

一. 设计模式

单例模式是一种设计模式

设计模式(Design Pattern)是一套被反复使用，多数人知晓的，经过分类的，代码设计经验的总结。

为什么要有设计模式

就像人类历史发展会产生兵法，最开始部落之间打仗都是谁人多谁获胜。但后来春秋战国时期，七国之间经常战争，发现战争也是有套路的，后来孙子就总结了《孙子兵法》。设计模式也是如此。

设计模式可以提高代码的可重用性 ，让代码更容易被他人理解，保证代码可靠性 。设计模式使代码编写真正工程化；设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一般

二. 单例模式

一个类只能创建一个对象，即单例模式，该模式可以保证系统重该类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。

比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息，这种方式简化了在复杂环境下的配置管理

单例模式有两种实现方式：饿汉模式&懒汉模式

三. 饿汉模式

饿汉模式，是在最开始就创建对象，即main函数开始前，对象就已经存在

要点有以下几个：

1. 因为全局只能有一个对象，所以需要将构造函数私有化
2. 内部封装static静态对象指针，然后类外初始化
3. 提供静态成员函数，返回静态对象指针
4. 使用互斥锁保证数据读取的线程安全

//饿汉模式
//在main函数调用前对象就存在
class Singleton
{
public:
	//静态成员变量获取对象指针
	static Singleton*GetInstance()
	{
		return _ins;
	}
	//添加数据
	void Add(const char*str)
	{
		_vmtx.lock();

		_v.push_back(str);

		_vmtx.unlock();
	}
	//打印数据
	void Print()
	{
		_vmtx.lock();
		
		for (auto& e : _v)
		{
			cout << e << endl;
		}

		_vmtx.unlock();
	}

private:
	//构造函数私有化
	Singleton()
	{}
private:
	vector<string> _v;//存储数据
	mutex _vmtx;//互斥锁
	static Singleton*_ins;//静态指针
};

//静态成员变量类外初始化
Singleton* Singleton::_ins = new Singleton();

---

饿汉模式的优点就是相对于懒汉模式，较为简单

缺点是，程序刚开始时就创建，如果对象较大，可能导致进程启动慢，且如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定

如果这个单例对象在多线程并发环境下频繁使用，性能要求较高，那么显然使用饿汉模式来避免资源竞争，提高响应速度更好

四. 懒汉模式

懒汉模式是在第一次使用实例对象时，才创建对象

如果单例对象构造十分耗时或者占用很多资源，比如加载插件，初始化网络连接，读取文件等，为了不影响程序启动，可以使用懒汉模式（延迟加载）

简易的懒汉模式

class Singleton
{
public:
	//静态成员变量获取对象指针
	static Singleton*GetInstance()
	{
		static Singleton _ins;
		return &_ins;
	}
	//添加数据
	void Add(const char*str)
	{
		_vmtx.lock();

		_v.push_back(str);

		_vmtx.unlock();
	}
	//打印数据
	void Print()
	{
		_vmtx.lock();
		
		for (auto& e : _v)
		{
			cout << e << endl;
		}

		_vmtx.unlock();
	}

private:
	//构造函数私有化
	Singleton()
	{}
private:
	vector<string> _v;//存储数据
	mutex _vmtx;//互斥锁
};

但stactic对象在C++11前无法保证线程安全，C++11后保证static对象初始化时线程安全的

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复杂的懒汉模式

要点有如下几个：

1. 懒汉模式的GetInstance需要有双检查加锁，同时因为是静态成员函数，所以还需要封装一个静态的互斥锁保护
2. 可以使用DelInstance显示释放，但也可以通过回收机制在程序结束时回收资源。
   做法是内部定义一个类，该类的析构函数会显示调用DelInstance，然后再定义一个全局的回收机制对象，这样程序结束时会自动销毁回收机制对象，同时调用DelInstance

//懒汉模式
//第一次调用GetInstance才有对象
class Singleton
{
public:
	//静态成员变量获取对象指针
	static Singleton*GetInstance()
	{
		//双检查加锁
		if (_ins == nullptr)//提高效率
		{
			_imtx.lock();
			//第一次调用为空才初始化
			if (_ins == nullptr)//线程安全
			{
				_ins = new Singleton();
			}
			_imtx.unlock();
		}

		return _ins;
	}

	//添加数据
	void Add(const char*str)
	{
		_vmtx.lock();

		_v.push_back(str);

		_vmtx.unlock();
	}
	//打印数据
	void Print()
	{
		_vmtx.lock();

		for (auto& e : _v)
		{
			cout << e << endl;
		}

		_vmtx.unlock();
	}

	//销毁
	static void DelInstance()
	{
		_imtx.lock();

		if (_ins)
		{
			delete _ins;
			_ins = nullptr;
		}

		_imtx.unlock();
	}

	//回收机制
	class GC
	{
	public:
		~GC()
		{
			DelInstance();
		}
	};

	static GC _gc;//声明
private:
	//构造函数私有化
	Singleton()
	{
		
	}
private:
	vector<string> _v;//存储数据
	mutex _vmtx;//保护vector的互斥锁
	static Singleton*_ins;//静态指针
	static mutex _imtx;//保护Singleton初始化的互斥锁
};

//静态成员变量类外初始化为空
Singleton* Singleton::_ins = nullptr;
mutex Singleton::_imtx;

//程序结束时，会调用其析构函数，内部再调用DelInstance()
Singleton::GC Singleton::_gc;//定义

结束语

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