C++对单例模式实现的总结

目录

1、饿汉模式（一开始就初始化单例对象）

2、懒汉模式（需要的时候在实例化单例对象）

3、C++11简化版（必看精髓）

4、单例模板

1、饿汉模式（一开始就初始化单例对象）

优点：不用担心多线程问题。

缺点：可能在整个程序中就没有用到这个单例对象，造成浪费。

实现：

class Singleton
{
public:
    static Singleton* GetInstance()//公有static方法，用于获取单例句柄
    {
        return &singleton_;
    }
private:
    Singleton();//构造函数私有
    static Singleton singleton_ ;//私有static单例对象
};
 
 
Singleton Singleton::singleton_;
int main()
{
    auto p1 = Singleton::GetInstance();
    auto p2 = Singleton::GetInstance();
    bool result=( p1 == p2);//判断是否指向同一个单例对象
    std::cout <<  result << std::endl;
 
    return 0;
}

2、懒汉模式（需要的时候在实例化单例对象）

优点：不会像饿汉模式一样造成资源浪费。只是需要考虑多线程安全，实现上稍稍复杂一点。

class Singleton
{
public:
    static Singleton* GetInstance()
    {
        if (p_singleton_ == nullptr)//第一次检查：实例化单例对象后，就不会再进入加锁逻辑
        {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mux_);
            if (p_singleton_ == nullptr)//第二次检查：可能两个线程同时通过第一次检查，一个线程获得锁时，可能另外一个线程已经实例化单体
            {
                p_singleton_ = new Singleton();
            }
        }
        return p_singleton_;
    }
private:
    Singleton();
    static Singleton * p_singleton_ ;
    static std::mutex mux_;
};
 
std::mutex Singleton::mux_;
Singleton * Singleton::p_singleton_ = nullptr;
int main()
{
    auto p1 = Singleton::GetInstance();
    auto p2 = Singleton::GetInstance();
    bool result=( p1 == p2);
    std::cout <<  result << std::endl;
 
    return 0;
}

其实记住懒汉模式就确保万无一失了，因为当在程序一开始时就调用懒汉模式的GetInstance，就实例化出单例，这等价于饿汉模式。

3、C++11简化版（必看精髓）

但是看起来懒汉模式比较复杂，我们还可以利用C++11对static的改进性质简化代码。

class Singleton
{
public:
    static Singleton* GetInstance()
    {
        static Singleton  singleton;//此变量存在静态区，C++11自带两段检查锁机制来确保static变量实例化一次
        return &singleton;
    }
private:
    Singleton();
};
 
int main()
{
    auto p1 = Singleton::GetInstance();
    auto p2 = Singleton::GetInstance();
    bool result=( p1 == p2);
    std::cout <<  result << std::endl;
 
    return 0;
}

这种单例模式的写法可谓是简单地不能再简单了。为什么正确呢？

其实static变量本身全局就只有一份，与单例对象的性质极其相似。而C++11为了确保只初始化static变量一次，提供了两段检查锁机制（在上述代码的汇编代码中，可以清楚地看到两段检查锁的逻辑）。换言之，C++11对于static变量，自带使用了单例模式，自然不用我们再费事。

4、单例模板

在上述代码的基础上改成模板的形式：

#include <iostream>
#include <mutex>
using namespace std;
 
class A {
 
};
 
class B {
 
};
 
template <typename T>
class Singleton2 {
public:
    static T * GetInstance() {
        static T t;
        return &t;
    }
protected:
    Singleton2() {}
};
 
template <typename T>
class Singleton {
public:
    static T * GetInstance() {
        if (pSingle == nullptr) {
            lock_guard<mutex> lock(mtx);
            if (pSingle == nullptr) {
                pSingle = new T();
            }
        }
        return pSingle;
    }
private:
    Singleton() {}
    static T * pSingle;
    static mutex mtx;
};
 
 
//mutex Singleton<A>::mtx;
//mutex Singleton<B>::mtx;
//
//A* Singleton<A>::pSingle = nullptr;
//B* Singleton<B>::pSingle = nullptr;
//注释部分代码可以执行，只是每个类都需要单独的两行定义，
//所以使用下面的方法更便捷。
template <typename T>
mutex Singleton<T>::mtx;
 
template <typename T>
T* Singleton<T>::pSingle = nullptr;
 
int main() {
 
    auto pA = Singleton<A>::GetInstance();
    auto pB = Singleton<B>::GetInstance();
 
    auto pA2 = Singleton<A>::GetInstance();
    auto pB2 = Singleton<B>::GetInstance();
 
    cout << pA << endl;
    cout << pB << endl;
    cout << pA2 << endl;
    cout << pB2 << endl;
 
    return 0;
}

但是上述代码有一个问题，类A和B可以直接构造，和单例的语义不太符合。为此，将A和B类的构造函数设定为private，并声明Singleton<T>为相应的友元函数

#include <iostream>
#include <mutex>
using namespace std;
 
template <typename T>
class Singleton2 {
public:
    static T * GetInstance() {
        static T t;
        return &t;
    }
protected:
    Singleton2() {}
};
 
template <typename T>
class Singleton {
public:
    static T * GetInstance() {
        if (pSingle == nullptr) {
            lock_guard<mutex> lock(mtx);
            if (pSingle == nullptr) {
                pSingle = new T();
            }
        }
        return pSingle;
    }
private:
    Singleton() {}
    static T * pSingle;
    static mutex mtx;
};
 
template <typename T>
mutex Singleton<T>::mtx;
template <typename T>
T* Singleton<T>::pSingle = nullptr;
 
class A {
    friend Singleton<A>;
private:
    A() {}
};
 
class B {
    friend Singleton<B>;
private:
    B() {}
};
 
 
int main() {
 
    auto pA = Singleton<A>::GetInstance();
    auto pB = Singleton<B>::GetInstance();
 
    auto pA2 = Singleton<A>::GetInstance();
    auto pB2 = Singleton<B>::GetInstance();
 
    cout << pA << endl;
    cout << pB << endl;
    cout << pA2 << endl;
    cout << pB2 << endl;
 
    return 0;
}

文章是转载自csdn

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