【C++】单例模式

文章目录 一. 介绍二. 饿汉模式三. 懒汉模式四. 饿汉模式和懒汉模式对比

一. 介绍

单例模式是属于设计模式的一种，那什么是设计模式呢？

设计模式（Design Pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计经验的总结。为什么会产生设计模式这样的东西呢？就像人类历史发展会产生兵法一样。最开始部落之间打仗时都是人拼人的对 砍；后来春秋战国时期，七国之间经常打仗，就发现打仗也是有套路的，后来孙子就总结出了《孙子兵法》。孙子兵法就类似于一种打仗的“设计模式”。

使用设计模式的目的：为了代码可重用性、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 设计模式使代码编写真正工程化；设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一样。

一个类只能创建一个对象，即单例模式。该模式可以保证全局（一个进程中）只有一个唯一的实例对象，并提供一个访问它的全局访问点，该实例对象可以被所有线程访问到。比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息，这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。

单例模式有两种实现：饿汉模式 和 懒汉模式

二. 饿汉模式

介绍：就是说不管你将来用或者不用，程序启动时（即 main 函数执行之前）就会创建单例对象。

特点：如果这个单例对象在多线程高并发环境下频繁使用，性能要求较高，那么显然使用饿汉模式来避免资源竞争，提高响应速度会更好。

实现方法：

构造函数私有：防止外部构造单例对象防拷贝：禁用拷贝构造和赋值运算符重载函数，防止外部拷贝单例类对象提供接口：在单例类中定义一个自身类的静态对象，这个对象就是单例对象，设计一个静态方法返回这个单例对象的地址给外部。

通过上面三步就能做到一个类只能创建一个对象，且同一进程下的各线程可以通过一个统一的接口拿到这个实例对象。

代码示例

class Singleton { public: // 提供访问单例对象的接口 Singleton* GetInstance() { return &_inst; } private: // 单例对象 static Singleton _inst; // 构造函数私有 Singleton(); // 放拷贝 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(Singleton&) = delete; }; // 单例对象存储在静态区中 // 在程序入口之前就完成单例对象的初始化 Singleton Singleton::_inst;

补充说明

三. 懒汉模式

介绍：如果单例对象构造十分耗时或者占用很多系统资源，比如加载数据库啊， 初始化网络连接啊，读取文件啊等等，而且有可能该对象在程序运行时不会用到，那么也要在程序一开始就进行初始化，就会导致程序启动时非常的缓慢。 所以这种情况使用懒汉模式（延迟加载）更好。

特点：第一次使用实例对象时，才会创建对象，进程启动无负载。且当系统中有多个单例实例时，启动顺序可以自由控制。

实现方法：

防构造：把构造函数私有，这样外部就不能实例化对象防拷贝：禁用拷贝构造和赋值运算负重载函数，防止外部对我们的单例对象进行拷贝提供一个GetInstance()接口获取单例对象

代码示例

class Singleton { public: static Singleton* GetInstance() { // 保护第一次需要加锁，后面都不需要加锁的场景，可以使用双检查加锁 // 特点：第一次需要加锁，后面不再加锁，保护线程安全，同时提高了效率 if (_inst == nullptr) { _mtx.lock(); if (_inst == nullptr) { _inst = new Singleton(); } _mtx.unlock(); } return _inst; } private: static mutex _mtx;// 互斥锁 static Singleton* _inst;// 单例对象指针 // 防构造（把构造函数设为私有） Singleton() {}; // 防拷贝（禁用拷贝构造） Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;// 防拷贝（禁用赋值运算负重载） }; // 静态成员初始化 mutex Singleton::_mtx; Singleton* Singleton::_inst = nullptr;

其他版本的懒汉

利用静态对象的特性：

静态对象的初始化语句只会执行一次创建一个静态对象的过程是原子的

这样我们可以不用加锁，直接在接口中创建一个静态单例对象，然后返回单例对象的地址给外部即可。

class Singleton { public: static Singleton* GetInstance() { // 静态对象的初始化只会执行一次 static Singleton _inst; return &_inst; } private: Singleton() {}; Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; };

缺点：

单例对象创建在静态区，如果单例对象过大，存储在静态区不太合适因为它在静态区，所以我们无法主动释放单例对象 四. 饿汉模式和懒汉模式对比

饿汉

优点：简单缺点： 如果单例对象构造函数的工作较多，会导致程序启动慢，迟迟进不了入口 main 函数如果系统中有多个单例对象，且它们之间有初始化的耦合关系，饿汉模式无法控制它们的初始化顺序

懒汉

优点：需要时才调用，可以达到延迟加载的效果确定：相对于饿汉，实现起来更复杂，需要加锁和双检查