c++ 单例模式

本文介绍了一个使用C++实现的单例模式示例,其中包括利用互斥锁进行线程同步的具体实现方式。通过CCriticalSection类管理互斥量,确保了实例创建过程中的线程安全性。
#ifndef CCriticalSection_hpp
#define CCriticalSection_hpp

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
class CCriticalSection {
private:
    pthread_mutex_t mutex;
public:
    CCriticalSection();
    ~CCriticalSection();
public:
    void Lock();
    void Unlock();
};
#endif /* CCriticalSection_hpp */

#include "CCriticalSection.hpp"

CCriticalSection::CCriticalSection()
{
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
}
CCriticalSection::~CCriticalSection()
{
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
}
void CCriticalSection::Lock()
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
}
void CCriticalSection::Unlock()
{
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

#include <stdio.h>
#include "CCriticalSection.hpp"
class Lock {
public:
    Lock(CCriticalSection vs):cs(vs) {
        cs.Lock();
    };
private:
    CCriticalSection cs;
};
#endif /* Lock_hpp */

#ifndef Game_hpp
#define Game_hpp

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include "CCriticalSection.hpp"
using namespace std;
class Game {
private:
    Game() {value=1;};
    Game(const Game&);
    Game& operator = (const Game&);
    static Game* myGame;
    static CCriticalSection cs;
public:
    int value;
    void sayHello();
    static Game* getInstance();
};
#endif /* Game_hpp */

#include "Game.hpp"
#include "Lock.hpp"
Game* Game::myGame = nullptr;
CCriticalSection Game::cs = *new CCriticalSection();
Game* Game::getInstance() {
    if (myGame ==nullptr) {
        Lock Lock(cs);
        if (myGame == nullptr) {
            myGame = new Game();
        }
    }
    return myGame;
}

void Game::sayHello() {
    printf("hello 单例,%d \n",value);
    value ++;
}

#include <iostream>
#include "Game.hpp"
int main(int argc, const char * argv[]) {
    // insert code here...
    std::cout << "Hello, 单例模式!\n";
    Game::getInstance()->sayHello();
    Game *game1 = Game::getInstance();
    game1->sayHello();
    Game *game = game1;
    game->sayHello();
    return 0;
}

### 单例模式的基本概念 单例模式是创建型设计模式的一种,其核心思想是确保一个仅有一个实,并提供一个全局访问点来获取这个实。在程序运行期间,单例模式可以保证一个只有一个实对象,并提供全局访问接口[^1][^2][^4]。 ### 实现方法 #### 饿汉式 饿汉式在程序开始时就创建实,线程安全,但可能会造成资源浪费。 ```cpp #include <iostream> class Singleton { public: static Singleton& getInstance() { return instance; } void showMessage() { std::cout << "Hello from Singleton!" << std::endl; } private: Singleton() { std::cout << "Singleton Constructor Called" << std::endl; } // 防止复制 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; static Singleton instance; }; Singleton Singleton::instance; int main() { Singleton& instance1 = Singleton::getInstance(); Singleton& instance2 = Singleton::getInstance(); instance1.showMessage(); if (&instance1 == &instance2) { std::cout << "Both instances are the same." << std::endl; } return 0; } ``` #### 懒汉式(非线程安全) 懒汉式在第一次使用时才创建实,但非线程安全。 ```cpp #include <iostream> class Singleton { public: static Singleton* getInstance() { if (instance == nullptr) { instance = new Singleton(); } return instance; } void showMessage() { std::cout << "Hello from Singleton!" << std::endl; } private: Singleton() { std::cout << "Singleton Constructor Called" << std::endl; } // 防止复制 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; static Singleton* instance; }; Singleton* Singleton::instance = nullptr; int main() { Singleton* instance1 = Singleton::getInstance(); Singleton* instance2 = Singleton::getInstance(); instance1->showMessage(); if (instance1 == instance2) { std::cout << "Both instances are the same." << std::endl; } return 0; } ``` #### 懒汉式(线程安全) 使用互斥锁保证线程安全,但会有一定的性能开销。 ```cpp #include <iostream> #include <mutex> class Singleton { public: static Singleton& getInstance() { std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex); if (instance == nullptr) { instance = new Singleton(); } return *instance; } void showMessage() { std::cout << "Hello from Singleton!" << std::endl; } private: Singleton() { std::cout << "Singleton Constructor Called" << std::endl; } // 防止复制 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; static Singleton* instance; static std::mutex mutex; }; Singleton* Singleton::instance = nullptr; std::mutex Singleton::mutex; int main() { Singleton& instance1 = Singleton::getInstance(); Singleton& instance2 = Singleton::getInstance(); instance1.showMessage(); if (&instance1 == &instance2) { std::cout << "Both instances are the same." << std::endl; } return 0; } ``` #### 基于局部静态变量(C++11及以上) 简洁、安全且高效,推荐使用。 ```cpp #include <iostream> class Singleton { public: static Singleton& getInstance() { static Singleton instance; return instance; } void showMessage() { std::cout << "Hello from Singleton!" << std::endl; } // 防止复制 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; private: Singleton() { std::cout << "Singleton Constructor Called" << std::endl; } }; int main() { Singleton& instance1 = Singleton::getInstance(); Singleton& instance2 = Singleton::getInstance(); instance1.showMessage(); if (&instance1 == &instance2) { std::cout << "Both instances are the same." << std::endl; } return 0; } ``` ### 使用场景 - **资源管理**:如数据连接池、文件系统操作等,避免多个实同时操作同一资源导致冲突。 - **配置信息**:如全局的配置文件管理,确保所有模块使用相同的配置信息。 - **日志记录**:保证所有日志信息都记录到同一个日志文件中。 ### 注意事项 - **线程安全**:在多线程环境下,需要确保的创建和访问是线程安全的,可采用互斥锁或局部静态变量的方式。 - **生命周期管理**:确保对象在整个程序生命周期内的正确性,避免内存泄漏。 - **可测试性**:单例模式可能会影响代码的可测试性,可考虑使用依赖注入等技术来提高可测试性。 - **避免滥用**:单例模式会引入全局状态,过度使用可能导致代码耦合度增加,难以维护和扩展。
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