单例模式（Singleton Pattern）是一种设计模式，旨在确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。在 C++ 中实现单例模式有多种方式，下面介绍几种常见的实现方法。
1. 饿汉式（线程安全）
饿汉式是指在程序启动时就创建单例对象。这种方式实现简单，但不适用于创建过程较为复杂的对象。
示例：饿汉式单例模式
#include <iostream>`
`class` `Singleton` `{`
`private:`
`static Singleton instance;` `// 声明静态实例`
`// 构造函数和拷贝构造函数私有，防止外部创建对象`
`Singleton()` `{`
` std::cout <<` `"Singleton instance created!"` `<< std::endl;`
`}`
`Singleton(const Singleton&)` `=` `delete;`
` Singleton&` `operator=(const Singleton&)` `=` `delete;`
`public:`
`// 提供公共的静态方法来访问单例`
`static Singleton&` `getInstance()` `{`
`return instance;`
`}`
`void` `showMessage()` `{`
` std::cout <<` `"Hello, Singleton!"` `<< std::endl;`
`}`
`};`
`// 在类外定义静态实例`
`Singleton Singleton::instance;`
`int` `main()` `{`
` Singleton& singleton1 =` `Singleton::getInstance();`
` singleton1.showMessage();`
` Singleton& singleton2 =` `Singleton::getInstance();`
` singleton2.showMessage();`
`return` `0;`
`}`
`说明：
- Singleton 类有一个静态成员 instance，在程序加载时就会创建它。
- 构造函数、拷贝构造函数和赋值操作符是私有的，因此外部无法直接创建或拷贝 Singleton 对象。
- getInstance() 提供了唯一的访问点来获取单例对象。
2. 懒汉式（线程不安全）
懒汉式是指在首次使用时才创建单例对象。这个方法的缺点是没有考虑线程安全性，可能在多线程环境下出现问题。
示例：懒汉式单例模式（线程不安全）
#include <iostream>`
`class` `Singleton` `{`
`private:`
`static Singleton* instance;`
`// 构造函数和拷贝构造函数私有，防止外部创建对象`
`Singleton()` `{`
` std::cout <<` `"Singleton instance created!"` `<< std::endl;`
`}`
`Singleton(const Singleton&)` `=` `delete;`
` Singleton&` `operator=(const Singleton&)` `=` `delete;`
`public:`
`// 提供公共的静态方法来访问单例`
`static Singleton*` `getInstance()` `{`
`if` `(instance ==` `nullptr)` `{`
` instance =` `new` `Singleton();`
`}`
`return instance;`
`}`
`void` `showMessage()` `{`
` std::cout <<` `"Hello, Singleton!"` `<< std::endl;`
`}`
`};`
`// 静态成员初始化为空指针`
`Singleton* Singleton::instance =` `nullptr;`
`int` `main()` `{`
` Singleton* singleton1 =` `Singleton::getInstance();`
` singleton1->showMessage();`
` Singleton* singleton2 =` `Singleton::getInstance();`
` singleton2->showMessage();`
`return` `0;`
`}`
`说明：
- instance 是一个静态指针，首次调用 getInstance() 时创建单例对象。
- 对于多线程程序，这种方式存在风险，因为多个线程可能同时通过 getInstance() 创建多个实例。
3. 线程安全的懒汉式（加锁）
为了确保在多线程环境下，懒汉式单例模式是线程安全的，可以使用互斥锁（mutex）来保证在多线程环境下的安全性。
示例：线程安全的懒汉式单例模式（加锁）
#include <iostream>`
`#include <mutex>`
`class` `Singleton` `{`
`private:`
`static Singleton* instance;`
`static std::mutex mtx;`
`// 构造函数和拷贝构造函数私有，防止外部创建对象`
`Singleton()` `{`
` std::cout <<` `"Singleton instance created!"` `<< std::endl;`
`}`
`Singleton(const Singleton&)` `=` `delete;`
` Singleton&` `operator=(const Singleton&)` `=` `delete;`
`public:`
`// 提供公共的静态方法来访问单例`
`static Singleton*` `getInstance()` `{`
`if` `(instance ==` `nullptr)` `{`
` std::lock_guard<std::mutex>` `lock(mtx);` `// 加锁，保证线程安全`
`if` `(instance ==` `nullptr)` `{`
` instance =` `new` `Singleton();`
`}`
`}`
`return instance;`
`}`
`void` `showMessage()` `{`
` std::cout <<` `"Hello, Singleton!"` `<< std::endl;`
`}`
`};`
`// 静态成员初始化`
`Singleton* Singleton::instance =` `nullptr;`
`std::mutex Singleton::mtx;`
`int` `main()` `{`
` Singleton* singleton1 =` `Singleton::getInstance();`
` singleton1->showMessage();`
` Singleton* singleton2 =` `Singleton::getInstance();`
` singleton2->showMessage();`
`return` `0;`
`}`
`说明：
- 通过在 getInstance() 方法中使用 std::mutex 进行加锁，确保在多线程环境下只有一个线程能创建单例对象。
- 使用双重检查锁定模式：第一次检查 instance == nullptr 是为了避免不必要的加锁，第二次检查是在加锁后进行，确保只会有一个线程创建对象。
4. 使用 std::call_once 实现线程安全的单例模式
C++11 提供了 std::call_once 和 std::once_flag，可以在多线程环境下以更加高效的方式实现线程安全的单例模式。
示例：使用 std::call_once 实现线程安全的懒汉式单例
#include <iostream>`
`#include <mutex>`
`class` `Singleton` `{`
`private:`
`static Singleton* instance;`
`static std::once_flag flag;`
`// 构造函数和拷贝构造函数私有，防止外部创建对象`
`Singleton()` `{`
` std::cout <<` `"Singleton instance created!"` `<< std::endl;`
`}`
`Singleton(const Singleton&)` `=` `delete;`
` Singleton&` `operator=(const Singleton&)` `=` `delete;`
`public:`
`// 提供公共的静态方法来访问单例`
`static Singleton*` `getInstance()` `{`
` std::call_once(flag,` `[]()` `{`
` instance =` `new` `Singleton();`
`});`
`return instance;`
`}`
`void` `showMessage()` `{`
` std::cout <<` `"Hello, Singleton!"` `<< std::endl;`
`}`
`};`
`// 静态成员初始化`
`Singleton* Singleton::instance =` `nullptr;`
`std::once_flag Singleton::flag;`
`int` `main()` `{`
` Singleton* singleton1 =` `Singleton::getInstance();`
` singleton1->showMessage();`
` Singleton* singleton2 =` `Singleton::getInstance();`
` singleton2->showMessage();`
`return` `0;`
`}`
`说明：
- std::call_once 保证了某段代码（这里是创建单例对象）在多线程环境下只会执行一次，避免了线程安全的问题。
总结
- 饿汉式 ：类加载时即创建单例对象，线程安全，适用于简单对象。
- 懒汉式（线程不安全） ：只有在首次使用时才创建对象，不适用于多线程环境。
- 懒汉式（线程安全） ：通过互斥锁保证线程安全，但性能较差，适用于多线程环境。
- std::call_once ：通过 std::call_once 实现线程安全且性能较优的懒汉式单例模式。