设计模式之 单例（Singleton）模式

单例模式可以确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

为了保证只有一个实例，需要删除这个类的拷贝构造函数和拷贝赋值运算符。此外还不允许用户进行构建这个类，因此需要把构造函数和析构函数设置为私有。单例模式分为两种：懒汉式和饿汉式。

懒汉式

懒汉式是在需要用到的情况下才初始化这个实例，示例代码如下：

#include <iostream>

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

    void display()
    {
        std::cout << "Hello from Singleton!" << std::endl;
    }

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

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

int main()
{
    Singleton::getInstance().display();
}

饿汉式

饿汉式是在应用程序启动时就实例化：

#include <iostream>

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

    void display()
    {
        std::cout << "Hello from Singleton!" << std::endl;
    }

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

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

Singleton Singleton::instance;

int main()
{
    Singleton::getInstance().display();
}

线程安全性

C++ 11新标准下保证了局部静态变量的线程安全性，因此下面的线程安全是基于旧标准讨论的。

懒汉式单例在第一次使用时才创建实例，因此需要特别注意线程安全性问题。多线程环境下，如果多个线程同时访问 getInstance 方法，可能会导致多个实例被创建。解决方案如下：

互斥锁

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

双重检查锁

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

总结

单例类：

• 构造函数析构函数私有；

• 拷贝构造函数和拷贝赋值运算符删除；

• 静态函数：getInstance获取实例；

分为懒汉式和饿汉式，懒汉式需要注意线程安全。