单例模式 - 技术栈

饿汉

饿汉式（Eager Initialization）是一种简单的单例模式实现方法，在类加载时就创建唯一实例。

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class Singleton {
private:
    // 将构造函数、拷贝构造函数和赋值运算符设为私有，防止外部实例化和复制
    Singleton() {}
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
    
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;  // 在静态函数中创建唯一实例
        return instance;
    }
};

Singleton类中的构造函数、拷贝构造函数和赋值运算符被私有化，并且使用了delete关键字，这样可以防止外部直接实例化对象或进行拷贝。而getInstance()方法是静态方法，它返回一个指向唯一实例的引用。

在getInstance()方法中，我们使用了局部静态变量instance来保存唯一的实例。由于局部静态变量的特性，它只会在首次调用getInstance()方法时创建，之后的调用都会直接返回该实例。这样能够保证在程序启动时就创建了单例对象。

通过调用Singleton::getInstance()就可以获取到全局唯一的Singleton实例。

说明：

饿汉式的特点是在类加载的时候就创建实例，所以称为"饿汉式"，因为它比较"急切"地去创建实例。
饿汉式的实现通过一个静态变量instance来持有唯一实例，因为静态变量在程序启动时就会初始化。
由于在程序启动时就创建实例，所以不存在多线程并发访问创建实例的问题，这种方式是线程安全的。
饿汉式的缺点是无法实现延迟加载，即使在某些情况下没有使用到该单例对象，它仍然会被创建和占用内存。

此外，由于静态变量的生命周期与程序的生命周期相同，如果应用程序中从未使用过该单例对象，那么它可能会浪费一些内存资源。

饿汉式是一种简单但不够灵活的单例模式实现方法。它适用于单例对象的创建成本较低的场景。

懒汉

C++中的懒汉式（Lazy Initialization）是一种延迟加载的单例模式实现方式。它只有在需要使用单例对象时才进行创建，而不是在类加载时就创建实例。

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class Singleton {
private:
    // 私有的静态成员指针，用于存储单例对象
    static Singleton* instance;

    // 将构造函数、拷贝构造函数和赋值运算符私有化，防止外部实例化和复制
    Singleton() {}
    Singleton(const Singleton& other) {}
    Singleton& operator=(const Singleton& other) {}

public:
    // 静态成员函数，用于获取单例对象的引用
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};

// 初始化静态成员变量为nullptr
Singleton* Singleton::instance = nullptr;

Singleton类具有一个私有的静态成员指针instance，并通过调用静态成员函数getInstance()返回单例对象的引用。在首次调用getInstance()时，会检查instance是否为null，如果是，则创建一个新的Singleton对象并赋值给instance，否则直接返回现有的instance。

懒汉式单例模式延迟了对象的创建时间，当第一次使用单例对象时才进行实例化。这种延迟加载的方式可以节省资源并满足按需创建的需求。但是需要注意的是，在多线程环境下，懒汉式单例模式可能会引发线程安全问题，因为多个线程可能同时访问到getInstance()方法，从而导致创建多个实例。为了解决这个问题，可以使用线程安全的技术（如加锁）来保证只创建一个实例。

C++懒汉式（Lazy Initialization）在多线程环境下可能存在线程安全性问题。当多个线程同时调用实例获取方法时，可能会导致创建多个实例，违背了单例模式的初衷。

以下是两种常见的解决方案：

加锁：使用互斥锁（mutex）来保证在实例创建过程中只有一个线程能够进入关键代码段，其他线程需要等待。在懒汉式实例获取方法中加入互斥锁可以解决线程安全性问题。

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class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    static std::mutex mutex;

    Singleton() {}
    Singleton(const Singleton& other) {}
    Singleton& operator=(const Singleton& other) {}

public:
    static Singleton* getInstance() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);  // 加锁

        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mutex;

双重检查锁定（Double-Checked Locking）：双重检查锁定是一种优化的加锁方式，在加锁前后都进行了判断，减少了不必要的锁开销。

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class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    static std::mutex mutex;

    Singleton() {}
    Singleton(const Singleton& other) {}
    Singleton& operator=(const Singleton& other) {}

public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {  // 第一次检查
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);  // 加锁

            if (instance == nullptr) {  // 第二次检查
                instance = new Singleton();  // 创建实例
            }
        }
        return instance;
    }
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mutex;

局部静态变量（Local static variable）

C++中，使用局部静态变量实现单例模式是一种常见且简洁的方式。局部静态变量指的是在函数内部定义的静态变量，这种变量在程序执行过程中只会被初始化一次。

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class Singleton {
private:
    Singleton() {}
    Singleton(const Singleton& other) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton& other) = delete;

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

利用了 C++11 标准的静态局部变量初始化的线程安全性质。C++11 规定对于静态局部变量的初始化是线程安全的，并且只会在第一次调用该函数时进行初始化。因此，无需额外的线程同步措施，能够确保只有一个实例被创建。

当调用 getInstance() 方法时，静态局部变量 instance 会被初始化，并返回该实例的引用。由于静态局部变量的生命周期在程序运行期间持续存在，所以每次调用 getInstance() 方法都会返回同一个实例。