单例模式（Singleton Pattern）

C++ 单例模式

单例模式（Singleton Pattern）

一、核心定义

单例模式是创建型设计模式 ，确保一个类有且只有一个实例，并提供一个全局访问点获取该实例。

二、核心特点

1. 一个类只能创建唯一对象
2. 自行创建实例
3. 向整个系统提供这个实例
4. 无参构造函数私有化
5. 禁止拷贝、禁止赋值

三、使用场景

• 日志管理器
• 配置文件读取
• 数据库连接池
• 线程池、缓存、打印机池
• 全局唯一的工具类

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四、C++ 单例模式 5 种标准实现（可直接编译）

实现 1：饿汉式（最简单、线程安全）

程序启动时就创建实例，天生线程安全，无多线程问题。

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
public:
    // 全局访问点
    static Singleton& getInstance()
    {
        return instance;
    }

    void show()
    {
        cout << "饿汉式单例" << endl;
    }

    // 禁止拷贝、禁止赋值
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

private:
    // 构造私有
    Singleton() {}
    // 程序启动就初始化
    static Singleton instance;
};

// 静态变量初始化
Singleton Singleton::instance;

int main()
{
    Singleton& s1 = Singleton::getInstance();
    Singleton& s2 = Singleton::getInstance();

    cout << &s1 << endl;
    cout << &s2 << endl; // 地址相同

    return 0;
}

优点 ：简单、线程安全
缺点：不用也会创建，可能浪费资源

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实现 2：懒汉式（基础版，非线程安全）

第一次使用时才创建实例。

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
public:
    static Singleton* getInstance()
    {
        if (instance == nullptr)
        {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

    void show() { cout << "懒汉式单例" << endl; }

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

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

Singleton* Singleton::instance = nullptr;

int main()
{
    Singleton* s1 = Singleton::getInstance();
    Singleton* s2 = Singleton::getInstance();
    return 0;
}

注意 ：多线程不安全，高并发会创建多个实例

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实现 3：线程安全懒汉式（加锁）

C++11 线程安全版本

#include <iostream>
#include <mutex>
using namespace std;

mutex mtx;

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

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

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

Singleton* Singleton::instance = nullptr;

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实现 4：双检查锁 DCL（高性能线程安全）

企业最常用

#include <iostream>
#include <mutex>
using namespace std;

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

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

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

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

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实现 5：C++11 最优方案 Meyers 单例（推荐！）

最简单、线程安全、无内存泄漏

#include <iostream>
using namespace std;

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

    void show() { cout << "Meyers 单例（C++11最佳）" << endl; }

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

private:
    Singleton() {}
};

int main()
{
    Singleton& s1 = Singleton::getInstance();
    Singleton& s2 = Singleton::getInstance();
    s1.show();
    return 0;
}

优点：

• 线程安全（C++11 保证静态变量初始化原子性）
• 懒加载
• 无内存泄漏
• 代码极简

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五、单例模式自动释放（析构安全）

加入内部回收类，程序结束自动释放单例

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
public:
    static Singleton* getInstance()
    {
        if (instance == nullptr)
        {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

    class AutoDelete
    {
    public:
        ~AutoDelete()
        {
            if (Singleton::instance)
            {
                delete Singleton::instance;
                cout << "单例已自动释放" << endl;
            }
        }
    };

private:
    Singleton() {}
    static Singleton* instance;
    static AutoDelete ad;
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;
Singleton::AutoDelete Singleton::ad;

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六、五种单例对比总结

实现方式	线程安全	性能	推荐指数
饿汉式	安全	高	⭐⭐⭐
基础懒汉式	不安全	高	不推荐
加锁懒汉式	安全	低	⭐⭐
双检查锁 DCL	安全	高	⭐⭐⭐⭐
Meyers 单例	安全	极高	⭐⭐⭐⭐⭐

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七、C++ 单例必须遵守的 4 条规则

1. 构造函数私有化
2. 禁用拷贝构造
3. 禁用赋值重载
4. 提供全局唯一访问点

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八、企业最佳实践

1. 优先使用 Meyers 单例（C++11 最优）
2. 禁止手动 new/delete，使用智能指针或自动释放
3. 多线程环境必须使用线程安全版本
4. 单例不建议存放大量数据，避免内存飙升