单例模式的C++实现示例，懒汉+饿汉

核心思想

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。单例模式的核心在于通过限制类的实例化过程，使得在整个应用程序生命周期内，只有一个对象存在。

**私有构造函数：**防止外部代码通过new关键字创建实例。
**静态实例：**类内部维护一个静态的、唯一的实例。
**全局访问点：**提供一个静态方法（如getInstance）来获取该实例。

单例模式的核心是控制对象的唯一性，并确保全局访问的便捷性。

使用场景

全局唯一资源：如配置文件管理器、日志系统、数据库连接池等。
共享资源：如线程池、缓存管理器等需要全局共享的对象。
控制资源访问：如硬件设备的访问控制（打印机、扫描仪等）。
减少对象创建开销：当对象的创建成本较高时，使用单例模式可以避免重复创建。
状态管理：如应用程序的状态管理器或会话管理器。

解决的问题

资源竞争问题：
在某些场景下，多个实例可能导致资源竞争或数据不一致。单例模式通过确保只有一个实例，避免这些问题。

全局访问问题：
如果某些对象需要在全局范围内访问，直接使用全局变量可能导致代码耦合性高。单例模式提供了一个统一的访问点。

性能开销问题：
频繁创建和销毁对象可能导致性能问题。单例模式通过复用唯一实例，减少对象创建和销毁的开销。

代码可维护性问题：
如果对象的创建逻辑分散在各处，可能导致代码难以维护。单例模式将创建逻辑集中管理。

优点

唯一性：确保一个类只有一个实例，避免资源竞争和数据不一致。
全局访问：提供一个统一的访问点，方便全局使用。
延迟初始化：单例模式可以支持延迟初始化，只有在第一次使用时才创建实例。
减少开销：避免重复创建对象，减少内存和性能开销。

缺点

全局状态：单例模式引入了全局状态，可能导致代码耦合性高，难以测试和维护。
违反单一职责原则：单例模式既负责业务逻辑，又负责实例的管理，可能违反单一职责原则。
线程安全问题：在多线程环境下，需要额外处理线程安全问题（如双重检查锁、静态局部变量等）。
扩展性差：单例模式难以扩展为多例模式，如果需要支持多个实例，可能需要对代码进行较大修改。

饿汉单例

饿汉式的特点是在类加载的时候就创建实例，所以称为"饿汉式"，因为它比较"急切"地去创建实例。饿汉式的实现通过一个静态变量instance来持有唯一实例，因为静态变量在程序启动时就会初始化。由于在程序启动时就创建实例，所以不存在多线程并发访问创建实例的问题，这种方式是线程安全的。饿汉式的缺点是无法实现延迟加载，即使在某些情况下没有使用到该单例对象，它仍然会被创建和占用内存。此外，由于静态变量的生命周期与程序的生命周期相同，如果应用程序中从未使用过该单例对象，那么它可能会浪费一些内存资源。
适合场景：饿汉式是一种简单但不够灵活的单例模式实现方法。它适用于单例对象的创建成本较低的场景。

class EagerSingleton {
public:
    static EagerSingleton& getInstance() {
        return instance;
    }

private:
    static EagerSingleton instance; // 类外初始化
    EagerSingleton() = default;
    ~EagerSingleton() = default;
    // 禁用拷贝和赋值
    EagerSingleton(const EagerSingleton&) = delete; // 禁用拷贝
    EagerSingleton& operator=(const EagerSingleton&) = delete; // 禁用赋值
};
};

// 类外初始化（C++11后支持线程安全的静态初始化）
EagerSingleton EagerSingleton::instance;

懒汉单例

懒汉式的优点是延迟加载，在实际使用中才创建对象，避免了不必要的资源消耗。在C++11或更高的版本中，静态局部变量的创建是线程安全的，因此利用此特性实现懒汉单利变得非常简单，如下代码实现，这是目前最推荐的方式。如果使用new创建单例对象，就需要配合双重检查锁实现，并且要注意指令重排机制，这里面涉及到编译器优化的问题，有可能对象所需的内存已经创建好了，但是对象还没初始化完成（即构造函数还没执行），这块内存地址就已经被赋值给对象指针了。一定要使用new来创建单例对象的话，建议配合std::call_once来使用，这是线程安全的，就不存在编译器优化导致指令重排的问题了。

// 饿汉单例模式，基于静态局部变量方式
class lazySingleton
{
private:
    lazySingleton(){ cout << "lazy singleton construct." << endl; };

    ~lazySingleton(){ cout << "lazy singleton distruct." << endl; };

    lazySingleton(const lazySingleton&) = delete;; //拷贝构造

    lazySingleton& operator=(const lazySingleton&) = delete;;  //=运算符重载


public:
    static lazySingleton* getInstance()
    {
        static lazySingleton myInstance; // 首次调用时初始化，C++11以上是线程安全的
        return &myInstance;
    }
    void test(){ cout<<"this is the lazy singleton."<<endl; };
};