设计模式-单例模式

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton() {}  // 构造函数私有化

public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {  // 仅在首次调用时创建
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};

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

3.2线程安全的懒汉式

使用互斥锁确保线程安全，但会影响性能，每次访问实例都会加锁。

cpp 复制代码

#include <mutex>

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    static std::mutex mtx;
    Singleton() {}

public:
    static Singleton* getInstance() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 加锁
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};

// 初始化静态成员
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mtx;

3.3双重检查锁（Double-Checked Locking）

改进线程安全的懒汉式，通过双重检查只在必要时加锁，提高性能，但在某些架构下，可能会遇到指令重排导致未正确初始化实例。

cpp 复制代码

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    static std::mutex mtx;
    Singleton() {}

public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {  // 第一次检查
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
            if (instance == nullptr) {  // 第二次检查
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
};

// 初始化
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mtx;

3.4饿汉式（Eager Initialization）

在程序启动时就创建实例，避免了线程同步问题，但可能导致资源浪费。线程安全无需加锁。

cpp 复制代码

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton() {}

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

// 直接初始化
Singleton* Singleton::instance = new Singleton();

3.5C++11静态局部变量

C++11保证了函数内静态变量的初始化是线程安全的，可以用它简洁高效地实现单例模式。自动管理生命周期。

cpp 复制代码

class Singleton {
private:
    Singleton() {}

public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;  // 静态局部变量，线程安全
        return instance;
    }
};

四、注意事项

4.1线程安全

多线程环境下必须使用线程安全的的单例实现方式，如双重检查锁或C++11静态局部变量。

4.2内存管理

手动管理的单例（懒汉式）可能会导致内存泄露，应在程序退出时释放。
饿汉式单例在程序结束时由系统自动释放。

4.3禁止拷贝和赋值

为了防止创建多个实例，单例类应删除拷贝构造函数和赋值运算符

cpp 复制代码

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

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

4.4适用性

不要滥用单例，否则会导致模块间高度耦合，难以测试和维护。

适用于需要唯一实例的场景，如日志管理、线程池、数据库连接池等。