C++单例模式总结

今天好好总结一下单例模式

• 首先什么是单例模式:
  《设计模式》一书中给出的定义是：让类自身负责保存它的唯一实例，这个类可以保证没有其他实例被创建(通过截取创建新对象的请求)，并且它可以提供一个访问该实例的方法，这就是Singleton模式。有人叫单例模式，也有叫单件模式。那么如何实现以上要求呢？首先，需要保证一个类只有一个实例；在类中，要构造一个实例，就必须调用类的构造函数，如此，为了防止在外部调用类的构造函数而构造实例，需要将构造函数的访问权限标记为protected或private；最后，需要提供要给全局访问点，就需要在类中定义一个static函数，返回在类内部唯一构造的实例。

####单例大约有两种实现方法：懒汉与饿汉。
懒汉：故名思义，不到万不得已就不会去实例化类，也就是说在第一次用到类实例的时候才会去实例化;
饿汉：饿了肯定要饥不择食。所以在单例类定义的时候就进行实例化。
###特点与选择：
由于要进行线程同步，所以在访问量比较大，或者可能访问的线程比较多时，采用饿汉实现，可以实现更好的性能。这是以空间换时间。
在访问量较小时，采用懒汉实现。这是以时间换空间。
###C++代码实现

• 经典版:

#include 
using namespace std;
 //懒汉模式
class Singleton
{
public:
/**
*需要提供要给全局访问点，就需要在类中定义一个static函数，返回在类内部唯一构造的实例
*/
	static Singleton *GetInstance()
	{
		if (m_Instance == NULL )
		{
			m_Instance = new Singleton ();
		}
		return m_Instance;
	}
 
	static void DestoryInstance()
	{
		if (m_Instance != NULL )
		{
			delete m_Instance;
			m_Instance = NULL ;
		}
	}

private:
/**
*构造函数卸载私有里，为了防止在外部调用类的构造函数而构造实例
*/
	Singleton();
	static Singleton *m_Instance;
};
 
Singleton *Singleton ::m_Instance = NULL;
 
int main(int argc , char *argv [])
{
	Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance(); 
	Singleton ::DestoryInstance();
	return 0;
}

这是最简单，也是最普遍的实现方式，也是现在网上各个博客中记述的实现方式，但是，这种实现方式，有很多问题，比如：没有考虑到多线程的问题，在多线程的情况下，就可能创建多个Singleton实例，以下版本是改善的版本。

• 经典版优化:-

#include 
using namespace std;
 //懒汉模式
class Singleton
{
public:
/*
此处进行了两次m_Instance == NULL的判断，是借鉴了Java的单例模式实现时，使用的所谓的“双检锁”机制。
因为进行一次加锁和解锁是需要付出对应的代价的，而进行两次判断，就可以避免多次加锁与解锁操作，同时也
保证了线程安全。但是，这种实现方法在平时的项目开发中用的很好，也没有什么问题？但是，如果进行大数据
的操作，加锁操作将成为一个性能的瓶颈；为此，一种新的单例模式的实现也就出现了。
*/
	static Singleton *GetInstance()
	{
		if (m_Instance == NULL )
		{
			Lock(); 
			if (m_Instance == NULL )
			{
				m_Instance = new Singleton ();
			}
			UnLock(); 
		}
		return m_Instance;
	}
 
	static void DestoryInstance()
	{
		if (m_Instance != NULL )
		{
			delete m_Instance;
			m_Instance = NULL ;
		}
	}
private:
	Singleton();
	static Singleton *m_Instance;
};
 
Singleton *Singleton ::m_Instance = NULL;
 
int main(int argc , char *argv [])
{
	Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	Singleton ::DestoryInstance();
	return 0;
}

• 内部静态变量的懒汉实现:-
  此方法也很容易实现，在instance函数里定义一个静态的实例，也可以保证拥有唯一实例，在返回时只需要返回其指针就可以了。推荐这种实现方法，真得非常简单。

#include 
using namespace std;
 
class Singleton
{
public:
	static Singleton *GetInstance()
	{
		lock();
		static Singleton m_Instance;
		unlock();
		return &m_Instance;
	} 
private:
	Singleton();

};
 
int main(int argc , char *argv [])
{
	Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
 
	singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
}

因为static Singleton *GetInstance()是不可重入函数，所以存在线程安全问题，访问静态变量时要加锁；那么一个函数要成为可重入函数，必须要具备以下几个特点：
1、仅依赖于调用方传入的参数
2、不依赖于任何单个资源的锁
3、不反回任何（局部）静态或全局的非const变量的指针
4、不使用任何（局部）静态或全局的非const变量
5、不调用任何不可重入函数
可重入是并发安全的强力保证，一个可重入函数可以在多线程环境下放心使用。

• 饿汉实现:-

#include 
using namespace std;
 
class Singleton
{
public:
	static Singleton *GetInstance()
	{
		return m_instace;
	} 
private:
	Singleton();
	static Singleton *m_instance;

};
Singleton* Singleton :: m_instance = new Singleton();
int main(int argc , char *argv [])
{
	Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	return 0;
}

因为静态初始化在程序开始时，也就是进入主函数之前，由主线程以单线程方式完成了初始化，所以静态初始化实例保证了线程安全性。在性能要求比较高时，就可以使用这种方式，从而避免频繁的加锁和解锁造成的资源浪费。

• 实例销毁:-

#include 
using namespace std;
 
class Singleton
{
public:
	static Singleton *GetInstance()
	{
		return m_Instance;
	}
 
	int GetTest()
	{
		return m_Test;
	}
 
private:
	Singleton(){ m_Test = 10; }
	static Singleton *m_Instance;
	int m_Test;
 
	// This is important
	class GC
	{
	public :
		~GC()
		{
			// We can destory all the resouce here, eg:db connector, file handle and so on
			if (m_Instance != NULL )
			{
				cout<< "Here is the test" <<endl;
				delete m_Instance;
				m_Instance = NULL ;
			}
		}
	};
	static GC gc;
};
 
Singleton *Singleton ::m_Instance = new Singleton();
Singleton ::GC Singleton ::gc;
 
int main(int argc , char *argv [])
{
	Singleton *singletonObj = Singleton ::GetInstance();
	cout<<singletonObj->GetTest()<<endl;
 
	return 0;
}

参考：http://blog.jobbole.com/108579/
https://www.cnblogs.com/qiaoconglovelife/p/5851163.html