C++中的单例模式

[单例模式（Singleton Pattern）](#单例模式（Singleton Pattern）)

实际应用

[配置管理器（Configuration Manager）](#配置管理器（Configuration Manager）)

日志管理器（Logger）

[数据库连接池（Database Connection Pool）](#数据库连接池（Database Connection Pool）)

总结

单例模式（Singleton Pattern）

单例模式是一种创建型设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。单例模式常用于需要控制资源的共享访问，诸如数据库连接、日志管理器、配置管理等。

实际应用

配置管理器（Configuration Manager）

配置管理器在应用启动时加载配置，并在整个应用程序生命周期内提供访问。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <mutex>

class ConfigManager {
public:
    static ConfigManager& getInstance() {
        static ConfigManager instance;
        return instance;
    }

    void loadConfig(const std::string& configFile) {
        // 模拟加载配置文件
        configData["db_host"] = "localhost";
        configData["db_user"] = "admin";
        configData["db_password"] = "password";
    }

    std::string getConfigValue(const std::string& key) {
        return configData[key];
    }

private:
    ConfigManager() {}  // 私有构造函数
    ConfigManager(const ConfigManager&) = delete;
    ConfigManager& operator=(const ConfigManager&) = delete;

    std::unordered_map<std::string, std::string> configData;
};

int main() {
    ConfigManager& config = ConfigManager::getInstance();
    config.loadConfig("config.txt");

    std::cout << "Database Host: " << config.getConfigValue("db_host") << std::endl;
    std::cout << "Database User: " << config.getConfigValue("db_user") << std::endl;

    return 0;
}

日志管理器（Logger）

日志管理器记录应用程序的日志信息，单例模式确保日志记录器在整个应用中是唯一的。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <mutex>

class Logger {
public:
    static Logger& getInstance() {
        static Logger instance;
        return instance;
    }

    void log(const std::string& message) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        logFile << message << std::endl;
    }

private:
    Logger() {
        logFile.open("app.log", std::ios::app);
    }

    ~Logger() {
        if (logFile.is_open()) {
            logFile.close();
        }
    }

    Logger(const Logger&) = delete;
    Logger& operator=(const Logger&) = delete;

    std::ofstream logFile;
    std::mutex mutex_;
};

int main() {
    Logger& logger = Logger::getInstance();
    logger.log("Application started");
    logger.log("An error occurred");

    return 0;
}

数据库连接池（Database Connection Pool）

数据库连接池管理数据库连接的创建和复用，单例模式确保连接池在应用中只有一个实例。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <mutex>
#include <memory>

class DatabaseConnection {
public:
    void connect(const std::string& connectionString) {
        std::cout << "Connecting to database: " << connectionString << std::endl;
        // 模拟连接操作
    }

    void disconnect() {
        std::cout << "Disconnecting from database" << std::endl;
        // 模拟断开操作
    }
};

class ConnectionPool {
public:
    static ConnectionPool& getInstance() {
        static ConnectionPool instance;
        return instance;
    }

    std::shared_ptr<DatabaseConnection> getConnection() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        if (connections.empty()) {
            auto conn = std::make_shared<DatabaseConnection>();
            conn->connect(connectionString);
            return conn;
        } else {
            auto conn = connections.back();
            connections.pop_back();
            return conn;
        }
    }

    void releaseConnection(std::shared_ptr<DatabaseConnection> conn) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        connections.push_back(conn);
    }

private:
    ConnectionPool() : connectionString("DB_CONNECTION_STRING") {}

    ConnectionPool(const ConnectionPool&) = delete;
    ConnectionPool& operator=(const ConnectionPool&) = delete;

    std::string connectionString;
    std::vector<std::shared_ptr<DatabaseConnection>> connections;
    std::mutex mutex_;
};

int main() {
    ConnectionPool& pool = ConnectionPool::getInstance();
    auto conn1 = pool.getConnection();
    auto conn2 = pool.getConnection();

    // 使用连接
    conn1->disconnect();
    pool.releaseConnection(conn1);

    return 0;
}

总结

我们在实际开发时会经常遇到此类设计模式 -- 单例模式，通过确保类的唯一实例来简化资源管理，并在多个场景中广泛应用，如配置管理、日志记录和数据库连接池。