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软件设计模式之单例模式

news 2025/9/6 13:59:21

文章目录

软件设计模式之单例模式
- 什么是单例模式
- 实现方式
- - 饿汉式
  - 懒汉式
  - 双重检查锁
  - 静态内部类
  - 枚举
- 优缺点
- - 优点
  - 缺点
- 使用场景

软件设计模式之单例模式

什么是单例模式

单例设计模式（Singleton Pattern）是一种创建型设计模式，旨在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。这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。
简而言之，就是全局只有一个对象实例

实现方式

单例模式的实现方式有多种，以下是几种常见的实现方式：

饿汉式

饿汉式在类加载时就创建实例，因此线程安全，但可能会浪费内存。

//饿汉模式
//核心思想：在类加载时立即初始化单例对象
class SingLeton
{public:static SingLeton& getInstance(){return _eton;}int getData(){return _data;}protected:private:int _data;private:static SingLeton _eton;SingLeton():_data(666) {std::cout << "单例对象构造" << std::endl;};~SingLeton() {};SingLeton(const SingLeton& eton) = delete;
};SingLeton SingLeton::_eton;

懒汉式

懒汉式在第一次使用时才创建实例，节省资源，但需要加锁以确保线程安全。

//懒汉模式
//核心思想：延迟初始化，仅在首次请求时创建实例
class SingLeton
{public:static SingLeton& getInstance(){static SingLeton _eton;return _eton;}int getData(){return _data;}protected:private:int _data;private:SingLeton():_data(666) {std::cout << "单例对象构造" << std::endl;};~SingLeton() {};SingLeton(const SingLeton& eton) = delete;
};

双重检查锁

双重检查锁在多线程环境下性能较好，但实现较复杂。

#include <mutex>
#include <atomic>class Singleton {
private:static std::atomic<Singleton*> instance;static std::mutex mtx;Singleton() = default;~Singleton() = default;Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;public:static Singleton* getInstance() {Singleton* tmp = instance.load(std::memory_order_acquire);if (tmp == nullptr) {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);tmp = instance.load(std::memory_order_relaxed);if (tmp == nullptr) {tmp = new Singleton();instance.store(tmp, std::memory_order_release);}}return tmp;}
};// 静态成员初始化
std::atomic<Singleton*> Singleton::instance{nullptr};
std::mutex Singleton::mtx;

静态内部类

静态内部类方式既能确保线程安全，又能实现延迟加载。

// Meyer's Singleton (C++11起线程安全)
class Singleton {
public:static Singleton& getInstance() {static Singleton instance;return instance;}Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:Singleton() = default;~Singleton() = default;
};

枚举

class Singleton {
public:enum { INSTANCE };static Singleton& getInstance() {static Singleton instance;return instance;}void showMessage() {std::cout << "Singleton instance created" << std::endl;}private:Singleton() {}Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};int main() {Singleton::getInstance().showMessage();return 0;
}