C++设计模式：单例模式（饿汉模式+懒汉模式）

前言

设计模式（Design Pattern）是一套经过分类的，被反复使用的，代码设计经验的总结。 为什么会产生设计模式这个概念呢？随着时间的沉淀，以及前人的总结，我们发现代码设计也是有规律的，一类特定的问题会被一种特定的模式解决，这就衍生出了设计模式的概念。

使用设计模式的目的：为了代码的可重用性以及可靠性。

设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一样，设计模式使代码编写真正工程化。

一：单例模式

单例模式即一个类在全局中（进程）只能创建一个实例。

单例模式有两种实现模式：懒汉模式和饿汉模式。

1.1 懒汉模式

懒汉模式：第一次使用实例对象时再创建实例对象。

代码演示：

#include
#include
#include
#include
using namespace std;

class Singleton{
public:
	// 静态成员函数只能访问静态成员变量
	static Singleton* GetInstance(){
		if (_pinst == nullptr)
		// 局部域（通过作用域来控制解锁时机）
		{
			// _mtx.lock();
			unique_lock<mutex> lock(_mtx); // (保护操作的原子性）
			if (_pinst == nullptr)
				// 锁只需要保护第一次（需要进行双检查）
				_pinst = new Singleton;
			// _mtx.unlock();
		}
		return _pinst;
	}

	Singleton(const Singleton& s) = delete;

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

	// 定义一个静态成员变量，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数从而释放单例对象
	static CGarbo Garbo;

private:
	// 构造函数私有化
	Singleton(){}

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

	static Singleton* _pinst;
	static mutex _mtx;
};

Singleton* Singleton::_pinst = nullptr;
mutex Singleton::_mtx;
Singleton::CGarbo Garbo;

1.2 饿汉模式

饿汉模式：程序启动时就创建一个唯一的实例对象。

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，提高响应速度更好。

代码演示：

#include
#include
#include
#include
using namespace std;

// 饿汉模式
class Singleton
{
public:
	static Singleton* GetInstance(){
		return &m_instance;
	}

private:
	// 构造函数私有
	Singleton(){};

	Singleton(Singleton const&) = delete;
	Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;

	// 单例对象
	static Singleton m_instance;
};

// 在程序入口之前就完成单例对象的初始化，不用考虑线程安全的问题。
Singleton Singleton::m_instance; 

1.3 懒汉模式和饿汉模式的对比

懒汉模式：

优点：懒汉模式在使用实例的时候才进行创建，不会影响程序的启动。并且多个单例实例启动顺序自由控制。

缺点：懒汉模式实现复杂。并且需要考虑线程安全问题

饿汉模式：

优点：饿汉模式实现简单，并且在程序启动时已经完成了对单例对象的初始化，不需要考虑线程安全问题。

缺点：饿汉模式在程序启动时完成了对单例对象的初始化，会在一定程度上影响程序启动。静态成员变量无法确定单例的创建初始化顺序，多个单例类对象实例启动顺序不确定。

小结：

实际中懒汉模式还是应用更为广泛