C++设计模式--单例模式

单件模式（单例模式）确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

                                                                                                                                                            --《Head First设计模式》

单例模式三个特点：

1. 保证全局只有一个类实例
2. 该唯一实例只能由该类自行创建
3. 必须向整个程序提供全局获取对象的访问点

单例模式优点：

1. 全局只有一个该类的对象，节省了内存
2. 避免重复生成和销毁类对象，提高了性能
3. 唯一的类对象，保证了数据的正确性

使用场景

一般用于只允许全局唯一的情景，例如注册表，线程池，数据库连接类等，这既可以节省内存又能保证数据正确性。

 

C++单例模式几种写法：

1.“饿汉式”，顾名思义，实例化对象策略总是“迫不及待”的，也就是说不管整个程序是否真的有使用到对象，多会在程序开始时初始化。

“饿汉式”版本一，可能会造成内存泄露

//singleton.h
#ifndef __SINGLETON_H__
#define __SINGLETON_H__

class Singleton
{
private:
    Singleton();
    ~Singleton();

public:
    static Singleton* getInstance();
    void print();

private:
    static Singleton* singleton;
};
#endif

//singleton.cc
#include "singleton.h"

#include 

Singleton::Singleton()
{
    std::cout << "Singleton create!" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    if (singleton)
        delete singleton;
    
    std::cout << "Singleton destory!" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    return singleton;
}

void Singleton::print()
{
    std::cout << "This is Singleton Pattern" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::singleton = new Singleton();

客户使用：

#include "singleton.h"

#include 
using namespace std;

int main()
{
    cout << "main..." << endl;
    Singleton* singleton = Singleton::getInstance();
    singleton->print();
    return 0;
}

Linux下编译运行：

g++ -std=c++11 -o main main.cc singleton.cc
./main

上述的代码中存在内存泄露问题，因为singleton是用new显式生成的，如果要释放必定要显式调用delete。但是往往客户使用时会忘记，而且交由客户管理也不符合逻辑。

改进一：

添加delete方法

void Singleton::deleteSingleton()
{
   if (singleton)
        delete singleton;
}

#include "singleton.h"

#include 
using namespace std;

int main()
{
    cout << "main..." << endl;
    Singleton* singleton = Singleton::getInstance();
    singleton->print();
    singleton->deleteSingleton();
    return 0;
}

 

改进二：

改进一中需要客户自己调用析构，也就是说交由客户管理，这不符合逻辑，改由静态变量（而非静态指针），让程序结束时自动释放。

//singleton.h
#ifndef __SINGLETON_H__
#define __SINGLETON_H__

class Singleton
{
private:
    Singleton();
    ~Singleton();

public:
    static Singleton* getInstance();
    void print();
    void deleteSingleton();

private:
    static Singleton singleton;
};
#endif

#include "singleton.h"

#include 

Singleton::Singleton()
{
    std::cout << "Singleton create!" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    std::cout << "Singleton destory!" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    return &singleton;
}

void Singleton::print()
{
    std::cout << "This is Singleton Pattern" << std::endl;
}

Singleton Singleton::singleton;

 

改进三：

如果非得用静态指针的方式，那么可以内嵌一个静态类进行管理。

#ifndef __SINGLETON_H__
#define __SINGLETON_H__

class Singleton
{
private:
    Singleton();
    ~Singleton();

public:
    static Singleton* getInstance();
    void print();
    void deleteSingleton();

private:
    static Singleton* singleton;
    class SingletonGc
    {
    public:    
        ~SingletonGc()
        {
            if (Singleton::singleton)
                delete Singleton::singleton;
            
        }
    };

    static SingletonGc gc;
};
#endif

Singleton* Singleton::singleton = new Singleton();
Singleton::SingletonGc Singleton::gc;

 

 

2.“懒汉式”，同样由名字可知，对象在需要的时候才会创建。

“懒汉式”版本一：（线程不安全，可能内存泄露）

//singleton.h
#ifndef __SINGLETON_H__
#define __SINGLETON_H__

class Singleton
{
private:
    Singleton();
    ~Singleton();

public:
    static Singleton* getInstance();
    void print();
    void deleteSingleton();

private:
    static Singleton* singleton;
};
#endif

#include "singleton.h"

#include 

Singleton::Singleton()
{
    std::cout << "Singleton create!" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    std::cout << "Singleton destory!" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    if (singleton == NULL)
        singleton = new Singleton();
    return singleton;
}

void Singleton::print()
{
    std::cout << "This is Singleton Pattern" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::singleton = NULL;

内存泄露解决方案同上。

 

“懒汉式”版本二：（线程安全，效率低下）

#ifndef __SINGLETON_H__
#define __SINGLETON_H__

#include 

class Singleton
{
private:
    Singleton();
    ~Singleton();

public:
    static Singleton* getInstance();
    void print();
    void deleteSingleton();

private:
    static Singleton* singleton;
    static pthread_mutex_t mutex;
};
#endif

#include "singleton.h"

#include 
#include 

Singleton::Singleton()
{
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    std::cout << "Singleton create!" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    std::cout << "Singleton destroy!" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if (singleton == NULL)
        singleton = new Singleton();
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return singleton;
}

void Singleton::print()
{
    std::cout << "This is Singleton Pattern" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::singleton = NULL;
pthread_mutex_t Singleton::mutex;

 

“懒汉式”版本三：（线程安全，效率高）

#include "singleton.h"

#include 
#include 

Singleton::Singleton()
{
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    std::cout << "Singleton create!" << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    std::cout << "Singleton destroy!" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    if (singleton == NULL){
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (singleton == NULL)
            singleton = new Singleton();
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return singleton;
}

void Singleton::print()
{
    std::cout << "This is Singleton Pattern" << std::endl;
}

Singleton* Singleton::singleton = NULL;
pthread_mutex_t Singleton::mutex;