C++的单例模式

忘记之前有没有写过单例模式了。
再记录一下:
我使用的代码:

#ifndef SINGLETON_MACRO_HPP
#define SINGLETON_MACRO_HPP

#define SINGLETON_DECL(class_name) \
public: \
    static class_name& instance() { \
        static class_name s_instance; \
        return s_instance; \
    } \
private: \
    class_name();\
    class_name(const class_name&) = delete; \
    class_name& operator=(const class_name&) = delete;

#endif // SINGLETON_MACRO_HPP

双锁单例:

#include <iostream>
#include <mutex>

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    static std::mutex mtx;

    // 私有化构造函数,确保不能在类外部进行实例化
    Singleton() {}

public:
    // 删除复制构造函数和复制赋值操作符
    Singleton(const Singleton& other) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton& other) = delete;

    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) { // 判断实例是否已经被创建,提高效率
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 锁定
            if (instance == nullptr) { // 再次检查,以确保线程安全
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
};

// 初始化静态成员
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mtx;

int main() {
    Singleton* s1 = Singleton::getInstance();
    Singleton* s2 = Singleton::getInstance();

    if (s1 == s2) {
        std::cout << "Both instances are identical." << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Instances are different." << std::endl;
    }

    return 0;
}

单例模式的不同实现方式各有优缺点

双检锁(Double Checked Locking):

优点:
线程安全。
在实例已经被创建之后,直接返回实例,避免了每次获取实例时都需要获取锁的开销。
缺点:
代码相对复杂。
在某些老的编译器或硬件架构上,双检锁可能无法正常工作,可能需要内存屏障或其他同步机制。

静态局部变量(Meyers’ Singleton):
class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }
private:
    Singleton() {}
};

优点:
线程安全(在 C++11 及以后的版本中)。
代码简单、清晰。
延迟初始化:只有在首次调用 getInstance 时,实例才会被创建。
缺点:
对于老的 C++ 标准(C++11 之前),这种方法可能不是线程安全的。

饿汉式:
class Singleton {
private:
    static Singleton instance;
    Singleton() {}
public:
    static Singleton& getInstance() {
        return instance;
    }
};

优点:
线程安全,因为实例在程序开始时就已经被初始化。
代码简单。
缺点:
实例在程序开始时就被创建,即使它从未被使用,可能会导致不必要的资源占用或初始化开销。

懒汉式(简单):
class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton() {}
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (!instance) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};

优点:
实现简单。
延迟初始化,只在首次获取实例时创建。
缺点:
非线程安全。如果多个线程同时尝试创建实例,可能导致多个实例被创建。

在实际的使用场景中,要根据具体的需求和上下文来选择合适的实现方法。例如,如果线程安全性很重要,那么使用双检锁或C++11及以后版本的静态局部变量方法可能更合适。

最后问题:我用的是什么模式??

### C++ 单例设计模式的实现与使用 #### 实现线程安全的懒汉式单例模式 为了确保实例仅被创建一次并提供全局访问点,在C++中可以通过静态成员函数来控制类对象的创建过程。下面展示了一种常见的懒加载方式,即当第一次调用 `getInstance` 方法时才初始化该类的对象[^1]。 ```cpp class Singleton { private: static std::unique_ptr<Singleton> instance; // 私有化构造函数防止外部new Singleton() {} public: ~Singleton() {} // 删除拷贝构造和赋值操作符以阻止复制行为 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; // 获取唯一实例的方法, 使用双重检测锁机制保证多线程环境下的安全性 static Singleton* getInstance() { if (instance.get() == nullptr) { // 第一层判断减少竞争开销 std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); if (!instance) { // 双重检查锁定 instance.reset(new Singleton()); } } return instance.get(); } private: static std::once_flag initFlag; // 初始化标志位 static std::mutex mutex_; // 同步互斥量用于保护临界区 }; std::unique_ptr<Singleton> Singleton::instance(nullptr); std::once_flag Singleton::initFlag; std::mutex Singleton::mutex_; ``` 这种方法不仅实现了延迟加载(Lazy Initialization),还通过双层校验加锁的方式提高了并发性能,适用于高并发场景下资源的竞争管理[^2]。 #### 饿汉式单例模式 如果应用程序启动之初就需要立即获取到这个唯一的实例,则可以采用饿汉式的写法。这种方式非常简单直观,因为实例是在定义的时候就被创建出来的,所以不存在任何同步问题[^3]。 ```cpp class Singleton { private: // 构造器私有化 Singleton() {}; public: // 禁止拷贝 Singleton(Singleton const&) = delete; void operator=(Singleton const&) = delete; // 提供全局访问接口 static Singleton& GetInstance(){ static Singleton instanse; return instanse; } }; // 客户端代码可以直接这样获得单例对象: void someFunction(){ auto &singletonObj = Singleton::GetInstance(); } ``` 此版本利用了局部静态变量特性——它们会在首次执行所在语句之前完成初始化工作,并且整个程序生命周期内只做这一次初始化动作[^4]。 #### 应用场合说明 对于大多数情况而言,推荐优先考虑基于局部静态变量特性的饿汉式方案,除非确实存在明显的按需分配需求或者担心编译期就占用过多内存空间等问题才会转向更复杂的懒加载形式[^5]。
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