C++ 单例模式

在看Apollo代码时发现一个写法奇怪的Singleton类，查了查发现很有来头

// @brief Thread-safe, no-manual destroy Singleton template
template <typename T>
class Singleton {
 public:
  // @brief Get the singleton instance
  static T* get() {
    pthread_once(&p_once_, &Singleton::new_);
    return instance_;
  }

 private:
  Singleton();
  ~Singleton();

  // @brief Construct the singleton instance
  static void new_() { instance_ = new T(); }

  // @brief  Destruct the singleton instance
  // @note Only work with gcc
  __attribute__((destructor)) static void delete_() {
    typedef char T_must_be_complete[sizeof(T) == 0 ? -1 : 1];
    (void)sizeof(T_must_be_complete);
    delete instance_;
  }

  static pthread_once_t p_once_;  // Initialization once control
  static T* instance_;            // The singleton instance
};

template <typename T>
pthread_once_t Singleton<T>::p_once_ = PTHREAD_ONCE_INIT;

template <typename T>
T* Singleton<T>::instance_ = nullptr;

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单例模式

单例模式涉及一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时只允许一个对象存在。
对于一个全局使用的类可能会被频繁的创建和销毁时，使用单例模式来实现可以起到节省系统资源的目的。
比如配置文件的管理，就可以用单例实现。

实现思路

• 该类的构造函数定义为私有，这样其他地方的代码无法通过调用该类的构造方法来实例化；

• 类内提供一个静态方法，当调用该方法时，如果类的对象引用不为空则返回，如果为空则创建一个对象并引用。
  《C++面试中的singleton类》里解释了为什么用引用而不是指针：因为Singleton返回的实例的生存期是由类本身决定的，而不是用户代码。

  一个简单实现

class Singleton
{
  public:
     static Singleton& Instance()
     {
         static Singleton singleton;
         return singleton;
     }
  private:
       Singleton() { };
};

在访问函数Instance()中将实例singleton声明为局部静态变量，以保证其

• 具有全局寿命
• 局部可见
• 只有第一次进入函数时才被初始化

这样做的一个好处是，实例只有在被调用时才创建（懒汉式），节约了系统资源
还有一种方式是，在构造函数中就创建实例（饿汉式），这种方式会提前抢占系统资源，但对多线程也是安全的（不会创建多个实例）

懒汉式多线程安全

当一个线程第一次调用Instance()时，会创建实例，假设在此时函数被另一个线程调用，又会生成一个实例。

class Singleton{
public:
    static Singleton& Instance(){
        if (singleton == NULL){
            Lock lock;
            if (singleton == NULL){
                singleton = new Singleton();
            }
            return *singleton;
        }
        return *singleton;
    }
private:
    static Singleton* volatile singleton;
};

如上，使用双重检查的方式以保证线程安全
volatile修饰符是告诉编译器该变量可能会被未知原因（系统、线程等）的修改，不要对该处代码做优化。

单例类的重用

很显然，Singleton类是无法重用的，但可用模板实现Instance()的重用以达到目的
具体实现可以参考本文开头引用的Apollo代码

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