单例模板使用-优快云博客

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C++实现单例模板类

单例模板类是一个高度通用的工具类，配合友元类访问、shared_ptr 和 std::call_once，可以高效且安全地为任意类提供延迟创建的唯一实例，适合配置管理器、资源加载器等场景。

代码思路

我们希望有一个类模板，能够让一个类型T对应唯一一个实例，而且要是线程安全的。

// 
#include <memory>
#include <mutex>
template <typename T>
class Singleton {
public:
    static std::shared_ptr<T> getInstance();
};

大概是这样的一个类，但是既然它是一个单例类的模板，也就是不允许外部去使用它的构造函数，但是又希望它的子类能够使用构造函数。所以将构造函数和析构函数声明为protected,这样就彻底禁止了外部手动创建和销毁实例，从而保证了单例对象的生命周期由系统或容器（如 shared_ptr）管理。

// 
#include <memory>
#include <mutex>
template <typename T>
class Singleton {
public:
    static std::shared_ptr<T> getInstance();
protected:
	Singleton() = default;
	~Singleton() = default;
};

此外，为了保证单例身份，避免复制多个实例，还需要禁用模板类的拷贝构造函数和赋值构造函数。

#include <memory>
#include <mutex>
// 禁用拷贝构造和赋值构造
template <typename T>
class Singleton {
public:
    static std::shared_ptr<T> getInstance();
protected:
	Singleton() = default;
	~Singleton() = default;
	Singleton(const Singleton<T> &) = delete;
	Singleton & operator = (const Singleton<T> & st) = delete;
};

除此以外，我们还需要保证我们所实现的单例类是线程安全的，也就是希望在多线程环境下，我们依然只创建一个实例，这个实例应该一般都是用于做管理类，所以只需要一个，因此在这里我们使用once_flag和call _once关键字来保证在多线程环境下保证某段代码只执行一次，比使用锁的方式要更加方便。

#include <memory>
#include <mutex>
// 保证线程安全
template <typename T>
class Singleton {
public:
    static std::shared_ptr<T> getInstance(){
    	static std::once_flag Flag;//需要声明为静态变量
    	std::call_once(Flag,[](){
    		_instance = std::shared_ptr<T>(new T());
    	});
    	return _instance;
    };
protected:
	Singleton() = default;
	~Singleton() = default;
	Singleton(const Singleton<T> &) = delete;
	Singleton & operator = (const Singleton<T> & st) = delete;
	static std::shared_ptr <T> _instance;
};
//这里由于我们声明了静态变量，所以我们需要在类外进行初始化，因为静态变量的初始化是在编译准备期间的
template <typename T>
std::shared_ptr<T> Singleton<T>:: _instance = nullptr;

这里可以思考，为什么call_once中执行的代码段_instance = std::shared_ptr<T>(new T());为什么要使用 shared_ptr，而不是使用make_shared？

为什么使用shared_ptr，而不是使用make_shared？

因为Singleton的构造函数一般是protected或者private的，而make_shared<T>是一个模板类函数，它是在std命名空间里定义的，并不是Singleton的友元或成员，因此无法访问私有的构造函数，但是new T（）可以在Singleton<T>的成员函数中调用。如果使用make_shared<T>()就会造成构造函数无法访问的错误。

CRTP奇异递归模板使用单例

CRTP 是一种使用模板实现静态多态的技术，让你在编译期就决定函数调用、减少运行时开销，同时还能增强代码复用能力，简单来说，就是一个类继承了一个以自己为模板参数的基类。

#include "Singleton.h"
Class Httpmgr : public Singleton<Httpmgr>{
public:
	~Httpmgr();
private:
	Httpmgr();
}

构造函数因为是一个单例模式，所以必须声明为私有函数，防止外部去进行构造，这里也解释了为什么我们要在模板类中，将模板类的构造函数声明为protected，就是为了让子类可以去调用基类的构造函数。

为什么这里析构函数要声明为public

当执行Singleton的析构时，肯定会回收它的成员变量，由于static std::shared_ptr <T> _instance是Singleton的静态成员变量，此时回收就会调用共享指针的析构，其内部又会调用T的析构，这个T指的就是Httpmgr这个类，Httpmgr是子类，所以需要将析构函数设置为public。
此外，由于我们在Singleton中的获取单例的getInstance()函数中使用了_instance = std::shared_ptr<T>(new T());这里的T是Httpmgr，也就是说这里我们需要执行Httpmgr的构造函数，但是这里Httpmgr的构造函数已经被我们声明为private来保证其单例性了，所以这个问题就是基类想要调用子类的私有构造函数。可以采用：

#include "Singleton.h"
Class Httpmgr : public Singleton<Httpmgr>{
public:
	~Httpmgr();
private:
	friend class Singleton<Httpmgr>;//声明为友元
	Httpmgr();
}