单例模式

最新推荐文章于 2025-05-23 19:33:43 发布

原创最新推荐文章于 2025-05-23 19:33:43 发布 · 148 阅读

1 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#设计模式

C++学习笔记专栏收录该内容

18 篇文章

订阅专栏

单例模式

单例模式是一种常用的软件设计模式，其定义是单例对象的类只能允许一个实例存在。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。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

优点：

在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：

没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景：

要求生产唯一序列号。
Web 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

实现：

单例模式要求类能够有返回对象一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法（必须是静态方法，通常使用getInstance这个名称）。

单例的实现主要是通过以下两个步骤：

将该类的构造方法定义为私有方法，这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造方法来实例化该类的对象，只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例；

在该类内提供一个静态方法，当我们调用这个方法时，如果类持有的引用不为空就返回这个引用，如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用。

饿汉方式实现单例模式

template <typename T>
class Singleton {
  // 构造函数私有	要点一
  Singleton(){};
  
  // C++98 防拷贝
 Singleton(Singleton const&); 
 Singleton& operator=(Singleton const&); 
 
 // C++11  防拷贝
 Singleton(Singleton const&) = delete; 
 Singleton& operator=(Singleton const&) = delete; 
 
 static T data;	//静态私有对象	要点二
public:
  //要点三
  static T* GetInstance() {
    return &data;
 }
};
//只要通过 Singleton 这个包装类来使用 T 对象, 则一个进程中只有一个 T 对象的实例.

懒汉模式实现单例模式

template <typename T>
class Singleton {
  static T* inst;
public:
  static T* GetInstance() {
    if (inst == NULL) {
      inst = new T();
   }
    return inst;
 }
};

存在一个严重的问题，线程不安全。第一次调用 GetInstance 的时候，如果两个线程同时调用，可能会创建出两份 T 对象的实例，但是后续再次调用, 就没有问题了。

懒汉模式实现单例模式（线程安全版本）

// 懒汉模式, 线程安全
template <typename T>
class Singleton {
  volatile static T* inst;  // 需要设置 volatile 关键字, 否则可能被编译器优化.
  static std::mutex lock;
public:
  static T* GetInstance() {
    if (inst == NULL) {     // 双重判定空指针, 降低锁冲突的概率, 提高性能.
      lock.lock();          // 使用互斥锁, 保证多线程情况下也只调用一次 new.
      if (inst == NULL) {
        inst = new T();
     }
      lock.unlock();
   }
    return inst;
 }
};