设计模式之单例模式

[导读]程序喵最近开始系统学习回顾设计模式，希望能把学到的东西分享给大家，今天总结下创建型模式中最经典的单例模式。 “ 什么是单例模式？ ” 这里首先介绍下什么是创建型模式，创建型模式主要解决对象的创建过程，封装对象复杂的创建过程，解耦对象

   
程序喵最近开始系统学习回顾设计模式，希望能把学到的东西分享给大家，今天总结下创建型模式中最经典的单例模式。
  

“

什么是单例模式？

”

     这里首先介绍下什么是创建型模式，创建型模式主要解决对象的创建过程，封装对象复杂的创建过程，解耦对象的创建代码和对象的使用代码。
而单例模式指的就是在系统里一个类只能产生一个实例，确保全局唯一。
    

   怎么实现单例模式呢，常见的有以下几种方法，这里程序喵只介绍线程安全的实现：
  

“

懒汉式实现 1

”

   直接看代码：

  

#include <iostream>#include <mutex>
class Singleton { public: static Singleton *GetInstance();
 void Func() { std::cout << "Singleton Func \n"; }
 private: Singleton() {} // 避免外部构造对象，想拿到类的实例只能通过GetInstance() Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
 static Singleton *instance_; static std::mutex mutex_;};
Singleton *Singleton::instance_ = nullptr;std::mutex Singleton::mutex_;
Singleton *Singleton::GetInstance() { // double check if (instance_ == nullptr) { // 1 std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_); if (instance_ == nullptr) { // 2 instance_ = new Singleton(); } } return instance_;}
int main() { Singleton::GetInstance()->Func(); return 0;}

   这就是传说中的
   double check
   方法，这里有几个关键点：

  

为什么需要加锁？加锁的原因很简单，为了确保线程安全。

您看过代码可能也有些疑惑，明明加一次锁和第二次的判断就足够了，为什么在加锁之前还需要进行一次判断呢？这里可以考虑只需要在判断指针为空的时候才去加锁，避免每次调用方法时都加锁，可以减少加锁解锁带来的额外开销。

这里需要将类的构造函数和拷贝构造函数等设成私有函数，避免外部构造类的实例，防止外部通过new关键字进行实例化。

“

懒汉式实现 2

”

   
   通过局部静态变量的方式实现，这种方法在C++11后是线程安全的，见代码
  

#include <iostream>#include <mutex>
class Singleton { public: static Singleton& GetInstance() { static Singleton instance; return instance; }
 void Func() { std::cout << "Singleton Func \n"; }
 private: Singleton() {} // 避免外部构造对象，想拿到类的实例只能通过GetInstance() Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};
int main() { Singleton::GetInstance().Func(); return 0;}

   C++11确保局部静态变量创建时线程安全的，本人基本上用的单例都是使用这种方式。
  

“

饿汉式实现

”

   懒汉式指的是在需要实例的时候才去创建，就是上面的方法，而饿汉式则是提前创建好实例，外部需要实例的时候直接获取这个已经创建好的实例，看下饿汉式单例的实现吧：

  

#include <iostream>
class Singleton { public: static Singleton *GetInstance();
 void Func() { std::cout << "Singleton Func \n"; }
 private: Singleton() {} // 避免外部构造对象，想拿到类的实例只能通过GetInstance() Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
 static Singleton *instance_;};
Singleton *Singleton::instance_ = new Singleton();
Singleton *Singleton::GetInstance() { return instance_;}
int main() { Singleton::GetInstance()->Func(); return 0;}

“

std::call_once实现 ”

   在C++11后可以利用新特性实现线程安全的单例模式，代码如下：

  

template <typename T>class SingleTon {public: static T& instance() { std::call_once(once_, &SingleTon::init); return *value_;}
private: SingleTon(); ~SingleTon();
 SingleTon(const SingleTon&) = delete; SingleTon& operator=(const SingleTon&) = delete;
 static void init() { value_ = new T(); } static T* value_;
 static std::once_flag once_;};

总结

   单例模式是一个经典常用的设计模式，在面试过程中也经常会被问到，当整个进程需要使用唯一的实例时，可以考虑使用单例模式，单例模式有几个关键点：
  

类只能有一个实例。
外部用户不能也无法自行对类进行实例化，实例化的操作需要类内部去实现。
整个进程共用一个类的实例，且需要是线程安全的。

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设计模式之单例模式

“ 懒 汉 式 实 现 1 ”

“ 懒 汉 式 实 现 2 ”

“ 饿 汉 式 实 现 ”

“ std::call_once实现 ”

总结

“

懒汉式实现 1

”

“

懒汉式实现 2

”

“

饿汉式实现

”

“

std::call_once实现 ”