【C++】设计模式之单例模式

概念

单例模式：一个类只能创建一个对象，即单例模式，该模式可以保证系统中该类只有一个实例，并提供一个访问它的全
局访问点，该实例被所有程序模块共享

单例模式的实现分为饿汉模式和懒汉模式

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饿汉模式

程序启动时就创建一个唯一的实例对象，去加载所有的资源(预加载)

• 构造函数私有化
• 防拷贝
• 在类内创建一个静态对象，静态对象是属于类的，唯一的一份，符合单例模式的要求
• 提供一个静态接口，返回对象的指针或者引用

在静态区创建对象

class Singleton {
public:
	static Singleton& GetInstance(){
		return _inst;
	}

private:
	//构造函数私有化
	Singleton(){}

	//防拷贝
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton operator=(Singleton) = delete;

	//创建静态对象，保证只有一个对象
	static Singleton _inst;
};
Singleton Singleton::_inst;

在堆上创建对象

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

private:
	//构造函数私有化
	Singleton() {}

	//防拷贝
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton operator=(Singleton) = delete;

	//创建静态对象，保证只有一个对象
	static Singleton* _inst;
};
Singleton* Singleton::_inst = new Singleton;

饿汉模式是在类加载阶段就已经完成了对象的初始化，所以饿汉模式不存在线程安全问题

但是正因为如此，如果单例对象构造十分耗时或者占用很多资源，比如加载插件啊， 初始化网络连接啊，读取文件啊等等，而有可能该对象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

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懒汉模式

堆区版本的懒汉模式

• 构造函数私有化
• 防拷贝
• 创建一个静态对象指针，提供一个静态接口
• 调用这个静态接口的时候，如果还没有创建对象，就new一个对象返回对象地址，如果对象已经存在，就什么都不做
• 在进行对象是否存在的判断时，要保证线程安全
• 如果要对创建的对象进行释放，可以添加一个静态del函数，或者添加一个垃圾回收类，在对象生命周期结束时自动释放资源

class Singleton {
public:
	static Singleton* GetInstance() {

		//双检查，在没有对象创建的时候才去获取锁，创建对象
		if (_inst == nullptr) {
			_mtx.lock();
			if (_inst == nullptr) {
				_inst = new Singleton;
			}
			_mtx.unlock();
		}
		return _inst;
	}

	static void DelInstance() {

		_mtx.lock();
		if (_inst) {
			delete _inst;
			_inst = nullptr;
		}
		_mtx.unlock();
	}

	// 实现一个内嵌垃圾回收类
	class CGarbo {
	public:
		~CGarbo() {
			if (_inst) {
				delete _inst;
				_inst = nullptr;
			}
		}
	};

private:
	//构造函数私有化
	Singleton() {}

	//防拷贝
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton operator=(Singleton) = delete;

	//创建静态对象，保证只有一个对象
	static Singleton* _inst;
	static mutex _mtx;
	static CGarbo _cg;
};
Singleton* Singleton::_inst = nullptr;
mutex Singleton::_mtx;
Singleton::CGarbo Singleton::_cg;

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静态区版本的懒汉模式

class Singleton {
public:
	static Singleton& GetInstance() {

		static Singleton inst;
		return inst;
	}

private:
	//构造函数私有化
	Singleton() {}

	//防拷贝
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton operator=(Singleton) = delete;

};

这种方法不必考虑线程安全问题，编写十分简单

这种方式有一些缺陷

• 对象创建在静态区，如果对象太大就不适合用这种方法
• 无法手动释放资源，只有对象生命周期到期时才会自动释放

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饿汉模式和懒汉模式的优缺点

饿汉模式

优点

• 简单

缺点

• 程序启动时候就要加载资源，如果需要初始化的资源过大，就会导致程序的启动速度变慢，影响用户体验
• 如果有多个单例类，假设之间存在着依赖关系，例如B依赖A，要求A单例先创建初始化，B单例再创建初始化，此时就不能够使用饿汉模式，因为无法保证其初始化顺序，而使用懒汉模式则可以手动控制

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懒汉模式

优点

• 延迟加载，程序启动的时候不会初始化类，不会影响程序的启动速度
• 可以手动控制类的初始化顺序

缺点

• 需要考虑判断的线程安全问题，效率会有所降低
• 编写较为复杂