C++实现单例模式实例详解

什么是单例模式

单例模式是一种创建型设计模式，这种模式的主要特点是只能创建一个实例对象，该实例对象可以在系统内部被任何方法访问和共享。单例模式在许多场景下都有着广泛的应用，比如Spring中的Bean管理、数据库连接池等等。

单例模式的实现方法

在C++中，实现单例模式主要有两种方式：懒汉式和饿汉式。其中懒汉式是在第一次使用时创建实例，而饿汉式是在程序启动时就创建实例。下面分别对这两种方式进行详细的讲解。

懒汉式

懒汉式缺点是线程不安全，需要加锁保证线程安全。

class Singleton{
  public:
    static Singleton* getInstance();
    ~Singleton();
  private:
    Singleton();

    static Singleton* instance;
    static mutex mtx;
};

Singleton* Singleton::instance = NULL;
mutex Singleton::mtx;

Singleton::Singleton(){}

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    if(instance == NULL){
        lock_guard<mutex> lk(mtx);
        if(instance == NULL){
            instance = new Singleton();
        }
    }
    return instance;
}

Singleton::~Singleton()
{
    delete instance;
}

饿汉式

饿汉式实现简单，但无法延迟实例的创建，有一定的资源浪费风险。

class Singleton{
  public:
    static Singleton* getInstance();
    ~Singleton();
  private:
    Singleton(){}

    static Singleton* instance;
};

Singleton* Singleton::instance = new Singleton();

Singleton* Singleton::getInstance()
{
    return instance;
}

Singleton::~Singleton()
{
    delete instance;
}

单例模式的示例说明

示例一

以懒汉式单例模式为例，假设现在要实现一个日志系统，该系统需要保证只能被初始化一次并可以全局访问。下面是实现代码：

// Logger.h
class Logger{
  public:
    static Logger* getLogger();
    void log(string msg);
    ~Logger();
  private:
    Logger();

    static Logger* instance;
    static mutex mtx;
};

// Logger.cpp
Logger* Logger::instance = NULL;
mutex Logger::mtx;

Logger::Logger(){}

Logger* Logger::getLogger()
{
    if(instance == NULL){
        lock_guard<mutex> lk(mtx);
        if(instance == NULL){
            instance = new Logger();
        }
    }
    return instance;
}

void Logger::log(string msg)
{
    cout << "Log: " << msg << endl;
}

Logger::~Logger()
{
    delete instance;
}

示例二

再以饿汉式单例模式为例，假设现在要实现一个配置管理系统，该系统需要在程序启动时就加载配置，并且保证只加载一次。下面是实现代码：

// Config.h
class Config{
  public:
    static Config* getConfig();
    void setConfig(string key, string value);
    string getConfig(string key);
    ~Config();
  private:
    Config();

    static Config* instance;
    map<string, string> configMap;
};

// Config.cpp
Config* Config::instance = new Config();

Config::Config(){}

Config* Config::getConfig()
{
    return instance;
}

void Config::setConfig(string key, string value)
{
    configMap[key] = value;
}

string Config::getConfig(string key)
{
    return configMap[key];
}

Config::~Config()
{
    delete instance;
}

总结

单例模式是一种非常实用的设计模式，可以用来保证全局只有一个实例对象，并且可以在系统的任意位置访问该对象。本文分别介绍了懒汉式和饿汉式两种单例模式的实现方法，并且给出了两个示例说明。在实际开发中，我们可以根据具体场景选择合适的方式来实现单例模式。