实习工作面试常问的设计模式多种设计模式（单例模式）

【C++ 教程】深入理解单例模式（Singleton Pattern）

在软件开发中，我们经常遇到这样的需求：某个类在系统中只能有一个实例，并且我们希望全局访问它。这时候，**单例模式（Singleton Pattern）**就派上用场了。

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✨ 什么是单例模式？

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。

适用场景：

• 日志记录器（Logger）
• 配置管理器（ConfigManager）
• 线程池（ThreadPool）
• 数据库连接池（ConnectionPool）

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🧱 单例模式的关键要素

一个标准的单例类应该具备以下特点：

1. 构造函数私有化：防止外部通过 new 创建对象。
2. 删除拷贝构造和赋值运算符：防止通过拷贝创建新实例。
3. 提供静态方法获取唯一实例：作为全局访问点。
4. 线程安全：确保在多线程环境中依然只生成一个实例。

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🧪 C++ 单例模式代码实现

#include <iostream>

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;  // 局部静态变量，首次调用时构造，线程安全
        return instance;
    }

    // 删除拷贝构造函数和赋值运算符，防止复制
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

    void doSomething() {
        std::cout << "doSomething()" << std::endl;
    }

private:
    Singleton() {
        std::cout << "Singleton()" << std::endl;
    }
};

调用

int main(){
    Singleton& s1 = Singleton::getInstance();  //外部获取单例的入口
    Singleton& s2 = Singleton::getInstance();
    s1.doSomething();
    if(&s1 == &s2){
        std::cout << "s1 和 s2 是同一个实例" << std::endl;
    }
}

笔试例题

🧪 C++11 多线程测试 Singleton 构造函数是否只调用一次

📝 题目描述

使用 C++11 的线程库 std::thread，完成以下任务：

1. 创建一个线程安全的 Singleton 单例类，采用懒加载（局部静态变量方式）
2. 禁止拷贝构造和赋值操作
3. 启动 10 个线程，每个线程都调用 Singleton::getInstance()，并打印实例地址
4. 观察输出结果，验证：
   • 构造函数是否只执行了一次
   • 每个线程拿到的实例地址是否相同

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代码模板

请完成以下代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        // 实现懒加载的线程安全单例
        static Singleton instance;
        return instance;
    }

    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

    void printAddress() {
        std::cout << "Instance address: " << this
                  << " | Thread ID: " << std::this_thread::get_id()
                  << std::endl;
    }

private:
    Singleton() {
        std::cout << ">>> Constructor called: Singleton()" << std::endl;
    }
};

void threadFunc() {
    Singleton& s = Singleton::getInstance();
    s.printAddress();
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;

    // 启动10个线程调用单例
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        threads.emplace_back(threadFunc);
    }

    for (auto& t : threads) {
        t.join();
    }

    return 0;
}