单例模式：从基础实现到高级应用

单例模式的核心思想
2种经典实现方式及对比
单例模式的潜在问题与解决方案
- [1. 防止反射/克隆破化单例](#1. 防止反射/克隆破化单例)
- 2.处理析构问题
- [3. 继承单例基类](#3. 继承单例基类)
单例模式在工程中的实际应用
- [1. 日志系统](#1. 日志系统)
- [2. 数据库连接池](#2. 数据库连接池)
最终实现推荐

单例模式的核心思想

目的：去报一个类仅有一个实例，并提供全局访问点。

适用场景：

需要严格控制资源访问（如数据库连接池）；
频繁的创建销毁对象成本高（如配置管理器）；
共享状态管理（如全局计数器）；

2种经典实现方式及对比

饿汉式（线程安全）

c++ 复制代码

class Singleton 
{
priveate：
	static Singleton instance;   //类加载时初始化
	Singleton() = default;	//私有构造函数
	~Singleton() = default;
public：
	static Singleton* getSingleton() 
	{
		return &instance;
	}
	
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
}

//初始化静态成员
Singleton Singleton::instance;

特点：

线程安全
可能造成资源浪费（即使不用也会初始化）

懒汉式（非线程安全）

c++ 复制代码

class Singleton
{
private： 
	static Singleton* instance;   //静态实例指针
	Singleton() = default;		//私有构造函数
	~Singleton() = default;
public：
	static Singleton* getInstance() 
	{
		if (instance == NULL)			//线程不安全点
		{
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
	
	//删除拷贝构造和复制构造操作
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};

问题：多线程下可能创建多个实例

meyer's singleton(C++最佳实践)

c++ 复制代码

class Singleton
{
public:
	static Singleton& getIntance() 
	{
		static Singleton instance;		//C++11保证线程安全
		return instance;	
	}
private:
	Singleton() = default;
	~Singleton() = default;	
};

单例模式的潜在问题与解决方案

1. 防止反射/克隆破化单例

c++ 复制代码

clasee Singleton
{
	//...其他代码...
private：
	//防止通过反射构造
	Singleton() 
	{
		if (instance != NULL)
		{
			throw std::runtime_error("Singleton already exists!");
		}
	}
};

2.处理析构问题

c++ 复制代码

//方案1：智能指针自动管理
static std::shared_ptr<Singleton> getInstance() {
	static std::shared_ptr<Singleton> instance(new Singleton());
	return instance;
}

//方案2：显示释放接口
static void destoryInstance() {
	delete instance;  //需要配合线程安全处理
}

3. 继承单例基类

c++ 复制代码

template<typedef T>
class Singleton {
projected:
	Singleton() = default;
	~Singleton() = default;
public:
	static T& getSingleton() {
		static T instance;
		return instance;
	}

	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};

//使用示例
class MyClass ： public Singletong<MyClass> {
	friend class Singleton<MyClass>;
private:
	MyClass() = default;
}

单例模式在工程中的实际应用

1. 日志系统

c++ 复制代码

class Logger : public Singleton<Logger> {
public:
    void log(const std::string& message) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
        std::cout << "[LOG] " << message << std::endl;
    }

private:
    std::mutex mutex;
    friend class Singleton<Logger>;
    Logger() = default;
};

// 使用
Logger::getInstance().log("System started");

2. 数据库连接池

c++ 复制代码

class ConnectionPool : public Singleton<ConnectionPool> {
public:
    Connection* getConnection() { /*...*/ }
    void releaseConnection(Connection* conn) { /*...*/ }

private:
    std::vector<Connection*> pool;
    friend class Singleton<ConnectionPool>;
    ConnectionPool() { /* 初始化连接池 */ }
};

最终实现推荐

c++ 复制代码

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

    // 禁用拷贝和移动
    MySingleton(const MySingleton&) = delete;
    MySingleton& operator=(const MySingleton&) = delete;
    MySingleton(MySingleton&&) = delete;
    MySingleton& operator=(MySingleton&&) = delete;

private:
    MySingleton() = default;  // 私有构造
    ~MySingleton() = default;
};