设计模式：单例

一.什么是单例模式

        单例模式是一种设计模式，指在整个程序生命周期中有且仅有一个实例的类。可以分为懒汉式以及饿汉式。

        懒汉式：只有在类的实例被使用时才生成唯一实例。但是存在线程安全以及内存泄露的问题。可以节省系统资源。

        饿汉式：程序一旦开始运行就产生实例，自身没有线程安全问题。

二.特点

        1.将构造函数设置为private，可以禁止栈上构造，避免生成多个实例。

        2.将拷贝构造与拷贝赋值设置为delete。

        3.使用static成员函数定义接口函数与实例指针保证唯一，使用互斥锁保证线程安全，使用智能指针避免内存泄漏。

三.实现

1.互斥锁+智能指针（懒汉式）

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <memory>

class Single_instance{
    using ptr = std::shared_ptr<Single_instance>;
public:
    Single_instance(const Single_instance&) = delete;
    Single_instance& operator=(const Single_instance&) = delete;
    ~Single_instance(){ std::cout << "Deconstruction call.\n"; }

    static ptr get_instance(){
        if(_instance == nullptr){
            std::unique_lock<std::mutex> lock(_mux);
            if(_instance == nullptr){
                _instance = std::shared_ptr<Single_instance>(new Single_instance);
            }
        }
        return _instance;
    }
private:
    Single_instance(){ std::cout << "Construction call.\n"; }

    static ptr _instance;
    static std::mutex _mux;
};

std::shared_ptr<Single_instance> Single_instance::_instance = nullptr;
std::mutex Single_instance::_mux;

int main(){
    auto instance = Single_instance::get_instance();
    auto instance1 = Single_instance::get_instance();

    return 0;
}

运行构造函数调用一次，析构函数正常调用。

2.使用类静态变量返回实例引用（懒汉式推荐）

        原理：当存在多线程申请实例时，局部静态变量只初始化一次是线程安全的。

#include <iostream>

class Single_instance {

public:
    Single_instance(const Single_instance &) = delete;

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

    ~Single_instance() { std::cout << "Deconstruction call.\n"; }

    static Single_instance &get_instance() {
        static Single_instance _instance;
        return _instance;
    }

private:
    Single_instance() { std::cout << "Construction call.\n"; }
};


int main() {
    Single_instance& instance = Single_instance::get_instance();
    Single_instance& instance1 = Single_instance::get_instance();

    return 0;
}

3.饿汉式单例

#include <iostream>

class Single_instance {

public:
    Single_instance(const Single_instance &) = delete;

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

    static Single_instance *get_instance() {
        return _instance;
    }

    static void delete_instance() {
        if (_instance) {
            delete _instance;
            _instance = nullptr;
        }
    }

private:
    Single_instance() { std::cout << "Construction call.\n"; }

    ~Single_instance() { std::cout << "Deconstruction call.\n"; }

    static Single_instance *_instance;
};

Single_instance *Single_instance::_instance = new Single_instance;

int main() {
    auto instance = Single_instance::get_instance();
    auto instance1 = Single_instance::get_instance();

    Single_instance::delete_instance();

    return 0;
}