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C++设计模式——单例模式

java 2025/5/14 5:59:56

单例模式

方法1：C++11 线程不安全懒汉模式（不推荐）

懒汉式单例模式在第一次使用时才创建实例，但这种方式在多线程环境下可能会出现问题。

class Singleton {
private:static Singleton* instance; // 静态指针，用于存储单例对象Singleton() {} // 私有构造函数，防止外部直接构造public:static Singleton* getInstance() {if (instance == nullptr) { // 检查是否已经创建了实例instance = new Singleton();}return instance;}
};// 初始化静态成员变量
Singleton* Singleton::instance = nullptr;int main() {Singleton* s1 = Singleton::getInstance();Singleton* s2 = Singleton::getInstance();// s1 和 s2 指向同一个对象return 0;
}

方法2：懒汉式单例模式（线程安全）

为了确保线程安全，可以在getInstance函数中使用互斥锁（std::mutex）

#include <mutex>class Singleton {
private:static Singleton* instance; // 静态指针，用于存储单例对象static std::mutex mutex_; // 互斥锁Singleton() {} // 私有构造函数，防止外部直接构造public:static Singleton* getInstance() {std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); // 加锁if (instance == nullptr) { // 检查是否已经创建了实例instance = new Singleton();}return instance;}
};// 初始化静态成员变量
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mutex_;int main() {Singleton* s1 = Singleton::getInstance();Singleton* s2 = Singleton::getInstance();// s1 和 s2 指向同一个对象return 0;
}

方法3：C++11 基于局部静态变量的单例模式

利用 C++11 的 static 特性实现线程安全的延迟初始化：

class Singleton {
public:// 删除拷贝构造和赋值运算符Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;// 全局访问点static Singleton& getInstance() {static Singleton instance; // C++11保证线程安全的静态局部变量初始化return instance;}private:Singleton() {}                  // 私有构造函数~Singleton() {}                 // 私有析构函数
};// 使用示例：
Singleton& obj = Singleton::getInstance();

优点：

线程安全（C++11标准保证）
延迟初始化（首次调用时创建）
代码简洁

方法4：双重检查锁定（传统线程安全）

适用于 C++11 之前的版本：

#include <mutex>
#include <atomic>class Singleton {
public:static Singleton* getInstance() {Singleton* tmp = instance.load(std::memory_order_acquire);if (tmp == nullptr) {                     // 第一次检查std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);tmp = instance.load(std::memory_order_relaxed);if (tmp == nullptr) {                 // 第二次检查tmp = new Singleton();instance.store(tmp, std::memory_order_release);}}return tmp;}// 删除拷贝和赋值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 std::atomic<Singleton*> instance;      // 原子指针static std::mutex mutex;                      // 互斥锁
};// 初始化静态成员
std::atomic<Singleton*> Singleton::instance{nullptr};
std::mutex Singleton::mutex;// 使用示例：
Singleton* obj = Singleton::getInstance();

优点：

线程安全
延迟初始化
高性能（避免每次调用加锁）

方法5：饿汉模式（程序启动时初始化）

线程安全但提前初始化：

class Singleton {
public:static Singleton& getInstance() {return instance; // 直接返回已初始化的实例}// 删除拷贝和赋值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;                   // 程序启动时初始化
};// 初始化静态成员（在.cpp文件中）
Singleton Singleton::instance;// 使用示例：
Singleton& obj = Singleton::getInstance();