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C++单例模式的实现

2023-07-03 02:19:16 深夜i 13 0

C++ 单例模式实现

C++单例模式是一种设计模式，它确保了在程序的生命周期中，一个类只被实例化一次，并提供了一个全局访问点。单例模式有许多应用场景，比如配置文件管理、线程池、日志记录器等。

在C++中实现单例模式，有多种方法。以下是其中的一些实现方式：

1.懒汉式

懒汉式是最常用的单例模式实现方式之一。在该方式中，单例实例是在第一次调用getInstance()方法时才被创建。具体实现如下：

class Singleton {
public:
  static Singleton* getInstance(){
    if(instance==NULL){
      instance = new Singleton();
    }
    return instance;
  }
  
private:
  Singleton(){};
  Singleton(const Singleton&);
  Singleton& operator=(const Singleton&);
  
  static Singleton* instance;
};
Singleton* Singleton::instance=NULL;

上述代码中，当getInstance()方法被调用时，首先判断实例是否已被创建，如果没有，则创建一个新的实例。对于多线程环境，可以使用加锁的方式来保证线程安全。

2.饿汉式

饿汉式是在程序启动时就创建单例实例。具体实现如下：

class Singleton {
public:
  static Singleton* getInstance()
    return instance;
  
  
private:
  Singleton(){};
  Singleton(const Singleton&);
  Singleton& operator=(const Singleton&);
  
  static Singleton* instance;
};
Singleton* Singleton::instance = new Singleton();

上述代码中，使用静态成员变量在程序启动时即创建了一个实例，从而保证了线程安全。不过该方式存在一定的资源浪费，因为实例被创建出来，可能并不会被立即使用。

3.双重检查锁

双重检查锁是一种既能实现懒加载，又能保证线程安全的单例模式实现方式。具体实现如下：

class Singleton {
public:
  static Singleton* getInstance(){
    if(instance==NULL){
      std::lock_guard <std::mutex> lk(m_mutex);
      if(instance==NULL){
        instance = new Singleton();
      }
    }
    return instance;
  }
  
private:
  Singleton(){};
  Singleton(const Singleton&);
  Singleton& operator=(const Singleton&);
  
  static Singleton* instance;
  static std::mutex m_mutex;
};
Singleton* Singleton::instance=NULL;
std::mutex Singleton::m_mutex;

该方式使用了双重检查的方式来保证线程安全。首先判断实例是否已经被创建，若未创建，则使用互斥锁保证线程安全，再次判断实例是否已经存在。如果不存在，再创建实例。使用双重检查的方式可以避免不必要的互斥锁开销，提高了代码的执行效率。不过该方式相对来说，实现较为复杂。

总之，单例模式在C++中的实现方式存在多种选择，开发者可以根据实际需求进行选择。在实现单例模式时，也需要注意线程安全问题。

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