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C++单例模式的设计

article 2025/1/17 3:57:34

单例模式（Singleton Pattern）是一种设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该实例。在C++中，单例模式通常用于管理全局资源或共享状态。

以下是C++中实现单例模式的几种常见方式：

懒汉式（Lazy Initialization）
懒汉式单例在第一次使用时才创建实例。

非线程安全版本：

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

    // 删除拷贝构造函数和赋值运算符
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

private:
    Singleton() {}  // 私有构造函数
    ~Singleton() {} // 私有析构函数

    static Singleton* instance; // 静态实例指针
};

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

线程安全版本（使用双重检查锁定）：

#include <mutex>

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

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

private:
    Singleton() {}
    ~Singleton() {}

    static Singleton* instance;
    static std::mutex mutex;
};

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

饿汉式（Eager Initialization）
饿汉式单例在程序启动时即创建实例，线程安全。

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance; // 静态局部变量，程序启动时初始化
        return instance;
    }

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

private:
    Singleton() {}
    ~Singleton() {}
};

Meyer’s Singleton（静态局部变量）
这是C++中最简洁的单例实现方式，利用了静态局部变量的特性（线程安全且懒加载）。

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

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

private:
    Singleton() {}
    ~Singleton() {}
};