单例模式简析：C语言实现单例模式

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[1 单例模式](#1 单例模式)

[1.1 核心思想](#1.1 核心思想)

[1.2 现实生活中的例子](#1.2 现实生活中的例子)

[1.3 嵌入式中的例子](#1.3 嵌入式中的例子)

[1.4 单例模式简单实操](#1.4 单例模式简单实操)

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单例模式 (Singleton Pattern)详解

1 单例模式

它确保某个类只有一个实例存在，并提供一个全局访问点来获取这个实例。

1.1 核心思想

单例模式的核心思想是：控制类的实例化过程，确保在整个应用程序中只存在一个实例。

唯一性：整个应用程序中只能有一个实例
全局访问：提供全局访问点获取这个唯一实例
延迟初始化：通常在第一次使用时才创建实例
线程安全：在多线程环境下保证只创建一个实例

1.2 现实生活中的例子

想象一下以下场景：

公司CEO：一个公司只能有一个CEO
国家总统：一个国家在同一时期只能有一个总统
打印机：办公室里通常只有一台打印机供大家使用

其他常见例子：

系统配置管理器：整个系统只需要一个配置管理器
日志记录器：应用程序通常只需要一个日志系统
缓存管理器：全局缓存管理器应该是唯一的
任务管理器：系统任务调度器应该是单例的

1.3 嵌入式中的例子

假设此时产品上连接有一个打印机，此时，打印机作为唯一的一个硬件，假设此时有3个程序员（应用程序）都需要使用这个打印机。如果不使用单例模式，那么有可能发生以下情况：

程序员A使用打印机前初始化打印机，然后打印数据。
程序员B使用打印机之前不知道A初始化了打印机，又初始化了打印机，然后打印数据。
程序员C同理，使用打印机之间还初始化了打印机，然后打印数据。

首先，我们都知道，一般来说，硬件的初始化是非常耗时的，这里初始化了3遍打印机。大量时间被无意义地耗费了。

而且，更重要的是，在程序员B初始化打印机的时候，A 在初始化打印机的设置就被完全清空了！假设 A 和 B 各自实例化了一个打印机对象，程序员A打印了 5 页纸，在 A 的记录中，打印机的 print_cnt 应该等于 5 ，但是 B 又初始化了一遍打印机，B 的记录中打印机的 print_cnt 应该是 0 ，而且，打印机里的设置也有可能和 A 里面的打印机对象对不上了。这下，一切都乱套了。

所以我们要使用单例模式，单例模式，顾名思义，只有单个实例。让 A 去创建打印机对象、得到对象的地址、打印 5 页纸之后，B 再去调用、打印的时候，拿到的是同一个对象的地址，C 也同理。硬件不会被重复初始化，所有人操作的都是同一个对象（即单例模式提供的一个全局访问点），这样才会更加安全高效。

1.4 单例模式简单实操

来一个简单的实操例子：

我们可以定义一个 get_printer_instance() 函数，使用 static 关键字来保证只有一个实例对象被创建，同时，使用一个static初始化状态标志（一般来说，这个初始化状态是不能被外界看到的，需要保护），使用标志来确认这个实例是否被初始化。

cpp 复制代码

// printer class
typedef struct printer
{
    int printer_port;
    int print_cnt;
}printer_t;

printer_t* get_printer_instance(void)
{
    static printer_t instance;
    static int init_state = 0;  // 0: not init  1: inited
    if (!init_state)
    {
        // init object
        instance.print_cnt = 0;
        instance.printer_port = 0x378;
        init_state = 1;
    }
    // return the pointer to instance
    return &instance;
}

此时，无论外部谁来调用 get_printer_instance() ，得到的都是指向同一个对象的指针，后续操作的也就都是同一个对象。