c++怎么实现单例模式_C++设计模式之单例模式实现详解

单例模式确保类唯一实例并提供全局访问点。C++中常见实现有:懒汉式加锁保证线程安全但性能较差;饿汉式程序启动即创建,线程安全但可能浪费资源;局部静态变量法利用C++11特性,延迟初始化且自动线程安全,推荐使用;带显式销毁的版本结合智能指针与锁,支持手动释放资源,适用于需精细控制生命周期的场景。选择方式应根据线程安全、性能和资源管理需求权衡。

c++怎么实现单例模式_c++设计模式之单例模式实现详解

单例模式是一种常用的设计模式,它确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。在C++中实现单例模式需要注意线程安全、构造顺序和资源释放等问题。下面介绍几种常见的C++单例模式实现方式。

懒汉式(Lazy Initialization) – 线程安全版本

懒汉式指的是在第一次使用时才创建实例。为了保证多线程环境下的安全,需要加锁控制。

示例代码:

#include 

class Singleton {private:static std::unique_ptr instance;static std::mutex mtx;

// 私有构造函数,防止外部实例化Singleton() = default;

public:// 删除拷贝构造和赋值操作Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

static Singleton* getInstance() {    std::lock_guard lock(mtx);    if (!instance) {        instance.reset(new Singleton);    }    return instance.get();}

};

// 静态成员定义std::unique_ptr Singleton::instance = nullptr;std::mutex Singleton::mtx;

这种方式保证了线程安全,但每次调用 getInstance 都会加锁,影响性能。

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饿汉式(Eager Initialization)

饿汉式在程序启动时就创建实例,天然线程安全,适用于对象初始化开销不大且一定会使用的场景。

class Singleton {private:    static Singleton instance;
Singleton() = default;

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

static Singleton* getInstance() {    return &instance;}

};

// 全局初始化Singleton Singleton::instance;

优点是简单高效,无需加锁;缺点是可能提前创建了不需要的实例。

局部静态变量法(推荐)

C++11 起,局部静态变量的初始化是线程安全的,这是最简洁且高效的实现方式。

class Singleton {private:    Singleton() = default;

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

static Singleton& getInstance() {    static Singleton instance;  // 局部静态变量    return instance;}

};

这个方法既避免了手动加锁,又实现了延迟初始化,编译器会自动处理线程安全问题,是目前最推荐的方式。

带显式销毁的单例(解决资源释放问题)

有些场景下需要显式释放单例资源,比如日志系统或数据库连接池。可以结合智能指针和自定义删除器。

class Singleton {private:    static std::shared_ptr instance;    static std::mutex mtx;
Singleton() = default;

public:~Singleton() = default;

Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;static std::shared_ptr getInstance() {    std::lock_guard lock(mtx);    if (!instance) {        instance = std::shared_ptr(new Singleton, [](Singleton* p) {            delete p;        });    }    return instance;}static void destroy() {    std::lock_guard lock(mtx);    instance.reset();}

};

这种方式允许手动释放资源,适合生命周期管理要求严格的场景。

基本上就这些。选择哪种方式取决于具体需求:如果追求简洁高效,推荐局部静态变量法;若需控制销毁时机,可使用智能指针配合锁机制。单例模式虽简单,但在多线程和复杂系统中仍需谨慎使用,避免产生耦合和测试困难。

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