C++实现单例模式（懒汉、饿汉、线程安全和局部静态变量法）

概述

单例模式是一个创建型设计模式，一个类只会创建一个对象。

由于只有一个对象，所以不能够通过new来创建对象，因此类的构造函数得是private的
由于不能够new出对象，所以类内部需要提供一个函数来获取对象，这个函数和对象都是属于类的，而不是对象，因此这个函数和唯一 的对象都得是static的，并且对象是private类型的，函数是public类型的

创建单例的基本步骤：

1. 构造函数私有化，避免外部使用构造函数来创建对象
2. 增加静态私有的当前类的指针变量
3. 提供静态的public接口，可以让用户获取单例

使用场景：

一个类只需要一个对象实例

UML图

懒汉式：

优点：

第一次调用的时候才初始化，避免内存浪费

缺点：

必须加锁才能够保证单例，加锁会影响效率

实例：

class SingletonLazy{
private:
       SingletonLazy(){
              std::cout << "single lazy!" << std::endl;
       }
public:
       static SingletonLazy* getInstatce(){
              if( NULL == lazy ){
                     lazy = new SingletonLazy;
              }
              return lazy;
       }
private:
       static SingletonLazy* lazy;
};
//类外初始化
SingletonLazy* SingletonLazy::lazy = NULL;

饿汉式：

优点：

不需要加锁，执行效率高，线程安全的

缺点：

不管是不是用都会初始化，浪费内存

实例：

	class SingletonHungry{
private:
       SingletonHungry(){
              std::cout << "single hungry!" << std::endl;
       }
public:
       static SingletonHungry* getInstatce(){
              return hungry;
       }
       //SingletonHungry类退出以后会自动析构free_single，
       //从而调用FreeSingle的析构函数来释放单例
       //其实类退出时会自动释放单例不需要该类
       class FreeSingle{
              ~FreeSingle(){
                     if( NULL != hungry ){
                           delete hungry;
                           hungry = NULL;
                     }
              }
       };
private:
       static SingletonHungry* hungry;
       static FreeSingle free_single;
};
//类外初始化
SingletonHungry* SingletonHungry::hungry = new SingletonHungry;

局部静态变量方法：

// 局部静态变量
class Singleton{
public:
       // 使用指针而不是引用是为了避免拷贝构造函数进行拷贝
       // Singleton single = Singleton::getInstance();
       static Singleton* getInstance(){
              static Singleton instance;
              return &instance;
       }
private:
       Singleton(){
              std::cout << "局部静态方式" << std::endl;
       }
       // 如果需要getInstance 返回引用，
       // 也可以通过重载赋值运算符和拷贝构造函数，这两个函数不需要具体的实现
       Singleton(Singleton const & single);
       Singleton& operator = (const Singleton& single);
};

线程安全模式：

class SingletonMulThread{
private:
       SingletonMulThread(){
              std::cout << "single MulThread!" << std::endl;
       }
public:
       static SingletonMulThread* getInstatce(){
              if( NULL == single_multhread ){
                     std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
                     if( NULL == single_multhread ){
                           single_multhread = new SingletonMulThread;
                     }
              }
              return single_multhread;
       }
private:
       static SingletonMulThread* single_multhread;
       static mutex mutex;
};
//类外初始化
SingletonMulThread* SingletonMulThread::single_multhread = NULL;
mutex SingletonMulThread::mutex;