C++单例模式多种实现技巧介绍(C++单例模式实现技巧详解：多种方法全面解析)

一、单例模式概述

单例模式是一种常用的软件设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。单例模式通常用于管理共享资源，如数据库连接、线程池等。

二、单例模式的实现方法

下面将介绍C++中常见的几种单例模式实现技巧。

1. 饿汉式单例

饿汉式单例在程序开端时就创建实例，确保全局只有一个实例。

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }
private:
    Singleton() {} // 私有构造函数
    Singleton(const Singleton&); // 禁止拷贝构造
    Singleton& operator=(const Singleton&); // 禁止赋值操作
};

2. 懒汉式单例

懒汉式单例在第一次调用getInstance()时创建实例，实现延迟初始化。

#include 
class Singleton {
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            std::lock_guard lock(mtx);
            if (instance == nullptr) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
    static void destroyInstance() {
        if (instance != nullptr) {
            delete instance;
            instance = nullptr;
        }
    }
private:
    Singleton() {} // 私有构造函数
    Singleton(const Singleton&); // 禁止拷贝构造
    Singleton& operator=(const Singleton&); // 禁止赋值操作
    static Singleton* instance;
    static std::mutex mtx;
};
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mtx;

3. 静态局部变量单例

静态局部变量单例利用C++11的特性，局部静态变量的初始化是线程可靠的。

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }
private:
    Singleton() {} // 私有构造函数
    Singleton(const Singleton&); // 禁止拷贝构造
    Singleton& operator=(const Singleton&); // 禁止赋值操作
};

4. 拷贝控制单例

通过禁用拷贝构造函数和赋值操作符，确保单例的实例不能被复制或赋值。

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }
private:
    Singleton() {} // 私有构造函数
    Singleton(const Singleton&) = delete; // 禁止拷贝构造
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; // 禁止赋值操作
};

5. 线程局部存储单例

使用线程局部存储（thread-local storage, TLS）确保每个线程有自己的单例实例。

#include 
class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        thread_local static Singleton instance;
        return instance;
    }
private:
    Singleton() {} // 私有构造函数
    Singleton(const Singleton&); // 禁止拷贝构造
    Singleton& operator=(const Singleton&); // 禁止赋值操作
};

6. 静态初始化器单例

使用静态初始化器在程序终止时销毁单例实例。

#include 
class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }
    static void destroyInstance() {
        delete instance;
        instance = nullptr;
    }
    void doSomething() {
        std::cout << "Doing something..." << std::endl;
    }
private:
    Singleton() {} // 私有构造函数
    ~Singleton() { std::cout << "Destroying instance..." << std::endl; }
    Singleton(const Singleton&); // 禁止拷贝构造
    Singleton& operator=(const Singleton&); // 禁止赋值操作
};
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
struct SingletonDestroyer {
    ~SingletonDestroyer() {
        Singleton::destroyInstance();
    }
};
SingletonDestroyer destroyer;

三、单例模式的使用场景

单例模式适用于以下场景：

• 当系统中需要一个类来控制资源的访问时，如数据库连接、文件系统等。
• 当需要确保一个类只有一个实例，且这个实例需要全局访问时。
• 当实例的创建和销毁需要集中管理时。

四、单例模式的优缺点

优点：

• 控制了实例的数量，确保全局只有一个实例。
• 降低了系统的资源消耗。
• 提供了全局访问点。

缺点：

• 违反了单一职责原则。
• 大概让代码难以测试。
• 大概让代码的灵活性降低。

五、总结

单例模式是一种常用的设计模式，用于确保一个类只有一个实例。C++提供了多种实现单例模式的方法，开发者可以通过实际需求选择合适的实现行为。在使用单例模式时，要注意其优缺点，以及适用场景。

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