设计模式--单例模式

单例模式（Singleton ）：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

• 实现方法：通常我们可以让一个全局变量使得一个对象被访问，但它不能防止你实例化多个对象。解决办法就是，让类自身负责保存它的唯一实例。这个类保证没有其他实例可以创建，并提供一个访问该实例的方法。（来自《大话设计模式》）
• 单例的两种实现：
  • 懒汉模式：第一次引用时才会被实例化。
  • 饿汉模式：自己被加载时就将自己实例化。

多线程时的单例-懒汉模式

为了保证多线程的安全，要采用双重锁定。在VS 2013 IDE中

std::mutex mtx;

class Singleton
{
public:
	static Singleton* GetInstance(); //公有静态方法获取实例

private:
	static Singleton *ptr; //私有静态指针变量指向唯一实例
	Singleton(){} // 构造函数私有
};

Singleton* Singleton::ptr = nullptr;

Singleton* Singleton::GetInstance(){
	if (ptr == nullptr){
		mtx.lock();
		if (ptr == nullptr){
			ptr = new Singleton;
		}
		mtx.unlock();
	}
	return ptr;
}

为什么要判断两次 ptr 实例是否存在呢？就是在mtx.lock()外面已经判断了ptr实例是否存在，为什么在mtx.lock()里面还要再判断一次实例是否存在呢？

如果实例已经存在了，那么直接返回，没有问题。但是如果实例不存在，并且有两个线程（thread1，thread2）同时调用 GetInstance() 方法，两个都可以通过第一个 ptr == nullptr 判断。然后由于lock机制，只有一个线程能够进入，另外一个排队等候，必须要其中的一个进入并出来后，另一个才能进入。这时如果没有第二个 ptr == nullptr 判断，则第一个线程创建了实例，第二个线程同样可以创建新的实例，就没有达到单例的目的了。

局部静态变量版的线程安全懒汉模式

在《Effective C++》的条款04：确定对象被使用前已先被初始化提出了更优雅的单例模式，使用函数内的局部静态变量，这种方法不用加锁解锁。

std::mutex mtx;
class Singleton
{
public:
	static Singleton* GetInstance(){
        static Singleton instance;
		return &instance;
    }

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

使用静态局部变量完全避免手动释放类所分配资源和线程安全问题（c++11新标准支持static局部变量安全问题）

多线程时的单例-饿汉模式

饿汉模式不需要用锁，就可以实现线程安全。原因在于，在程序运行时就定义了静态对象，并对其初始化。之后，不管哪个线程调用成员函数GetInstance()，都只不过是返回一个对象的指针而已。所以是线程安全的，不需要在获取实例的成员函数中加锁。

class Singleton
{
public:
	static Singleton* GetInstance(){
		return ptr;
	}

private:
	static Singleton* ptr;
	Singleton(){}
	~Singleton(){}
};

Singleton* Singleton::ptr = new Singleton;
// test
int main()
{
	Singleton* s1 = Singleton::GetInstance();
	Singleton* s2 = Singleton::GetInstance();
	if (s1 == s2){
		cout << "s1==s2" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "s1!=s2" << endl;
	}
	system("pause");
	return 0;
}