单例模式
作者：互联网
什么是单例模式？
单例模式指在整个系统生命周期里，保证一个类只能产生一个实例，确保该类的唯一性。
单例模式分类
单例模式可以分为懒汉式和饿汉式，两者之间的区别在于创建实例的时间不同：
懒汉式：指系统运行中，实例并不存在，只有当需要使用该实例时，才会去创建并使用实例。（这种方式要考虑线程安全）
饿汉式：指系统一运行，就初始化创建实例，当需要时，直接调用即可。（本身就线程安全，没有多线程的问题）
单例类特点
构造函数和析构函数为private类型，目的禁止外部构造和析构
拷贝构造和赋值构造函数为private类型，目的是禁止外部拷贝和赋值，确保实例的唯一性
类里有个获取实例的静态函数，可以全局访问
01 普通懒汉式单例 （ 线程不安全 ）
/// 普通懒汉式实现 – 线程不安全 //
#include // std::cout
#include // std::mutex
#include <pthread.h> // pthread_create
class SingleInstance
{
public:
// 获取单例对象
static SingleInstance *GetInstance();
// 释放单例，进程退出时调用
static void deleteInstance();
// 打印单例地址
void Print();
private:
// 将其构造和析构成为私有的, 禁止外部构造和析构
SingleInstance();
~SingleInstance();
// 将其拷贝构造和赋值构造成为私有函数, 禁止外部拷贝和赋值
SingleInstance(const SingleInstance &signal);
const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
private:
// 唯一单例对象指针
static SingleInstance *m_SingleInstance;
};
//初始化静态成员变量
SingleInstance *SingleInstance::m_SingleInstance = NULL;
SingleInstance* SingleInstance::GetInstance()
{
if (m_SingleInstance == NULL)
{
m_SingleInstance = new (std::nothrow) SingleInstance; // 没有加锁是线程不安全的，当线程并发时会创建多个实例
}
return m_SingleInstance;
}
void SingleInstance::deleteInstance()
{
if (m_SingleInstance)
{
delete m_SingleInstance;
m_SingleInstance = NULL;
}
}
void SingleInstance::Print()
{
std::cout << “我的实例内存地址是:” << this << std::endl;
}
SingleInstance::SingleInstance()
{
std::cout << “构造函数” << std::endl;
}
SingleInstance::~SingleInstance()
{
std::cout << “析构函数” << std::endl;
}
/// 普通懒汉式实现 – 线程不安全 //
// 线程函数
void *PrintHello(void *threadid)
{
// 主线程与子线程分离，两者相互不干涉，子线程结束同时子线程的资源自动回收
pthread_detach(pthread_self());
// 对传入的参数进行强制类型转换，由无类型指针变为整形数指针，然后再读取
int tid = *((int *)threadid);
std::cout << "Hi, 我是线程 ID:[" << tid << "]" << std::endl;
// 打印实例地址
SingleInstance::GetInstance()->Print();
pthread_exit(NULL);
}
#define NUM_THREADS 5 // 线程个数
int main(void)
{
pthread_t threads[NUM_THREADS] = {0};
int indexes[NUM_THREADS] = {0}; // 用数组来保存i的值
int ret = 0;
int i = 0;
std::cout << "main() : 开始 ... " << std::endl;
for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++)
{
std::cout << "main() : 创建线程:[" << i << "]" << std::endl;
indexes[i] = i; //先保存i的值
// 传入的时候必须强制转换为void* 类型，即无类型指针
ret = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
if (ret)
{
std::cout << "Error:无法创建线程," << ret << std::endl;
exit(-1);
}
}
// 手动释放单实例的资源
SingleInstance::deleteInstance();
std::cout << "main() : 结束! " << std::endl;
return 0;
}
普通懒汉式单例运行结果：
从运行结果可知，单例构造函数创建了两个，内存地址分别为0x7f3c980008c0和0x7f3c900008c0，所以普通懒汉式单例只适合单进程不适合多线程，因为是线程不安全的。
02 加锁的懒汉式单例 （ 线程安全 ）
/// 加锁的懒汉式实现 //
class SingleInstance
{
public:
// 获取单实例对象
static SingleInstance *&GetInstance();
//释放单实例，进程退出时调用
static void deleteInstance();
// 打印实例地址
void Print();
private:
// 将其构造和析构成为私有的, 禁止外部构造和析构
SingleInstance();
~SingleInstance();
// 将其拷贝构造和赋值构造成为私有函数, 禁止外部拷贝和赋值
SingleInstance(const SingleInstance &signal);
const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
private:
// 唯一单实例对象指针
static SingleInstance *m_SingleInstance;
static std::mutex m_Mutex;
};
//初始化静态成员变量
SingleInstance *SingleInstance::m_SingleInstance = NULL;
std::mutex SingleInstance::m_Mutex;
SingleInstance *&SingleInstance::GetInstance()
{
// 这里使用了两个 if判断语句的技术称为双检锁；好处是，只有判断指针为空的时候才加锁，
// 避免每次调用 GetInstance的方法都加锁，锁的开销毕竟还是有点大的。
if (m_SingleInstance == NULL)
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(m_Mutex); // 加锁
if (m_SingleInstance == NULL)
{
m_SingleInstance = new (std::nothrow) SingleInstance;
}
}
return m_SingleInstance;
}
void SingleInstance::deleteInstance()
{
std::unique_lockstd::mutex lock(m_Mutex); // 加锁
if (m_SingleInstance)
{
delete m_SingleInstance;
m_SingleInstance = NULL;
}
}
void SingleInstance::Print()
{
std::cout << “我的实例内存地址是:” << this << std::endl;
}
SingleInstance::SingleInstance()
{
std::cout << “构造函数” << std::endl;
}
SingleInstance::~SingleInstance()
{
std::cout << “析构函数” << std::endl;
}
/// 加锁的懒汉式实现 //
加锁的懒汉式单例的运行结果：
从运行结果可知，只创建了一个实例，内存地址是0x7f28b00008c0，所以加了互斥锁的普通懒汉式是线程安全的
03 内部静态变量的懒汉单例（C++11 线程安全）
/// 内部静态变量的懒汉实现 //
class Single
{
public:
// 获取单实例对象
static Single &GetInstance();
// 打印实例地址
void Print();
private:
// 禁止外部构造
Single();
// 禁止外部析构
~Single();
// 禁止外部复制构造
Single(const Single &signal);
// 禁止外部赋值操作
const Single &operator=(const Single &signal);
};
Single &Single::GetInstance()
{
// 局部静态特性的方式实现单实例
static Single signal;
return signal;
}
void Single::Print()
{
std::cout << “我的实例内存地址是:” << this << std::endl;
}
Single::Single()
{
std::cout << “构造函数” << std::endl;
}
Single::~Single()
{
std::cout << “析构函数” << std::endl;
}
/// 内部静态变量的懒汉实现 //
内部静态变量的懒汉单例的运行结果：
-std=c++0x编译是使用了C++11的特性，在C++11内部静态变量的方式里是线程安全的，只创建了一次实例，内存地址是0x6016e8，这个方式非常推荐，实现的代码最少！
[root@lincoding singleInstall]#g++ SingleInstance.cpp -o SingleInstance -lpthread -std=c++0x
04 饿汉式单例 （本身就线程安全）
// 饿汉实现 /
class Singleton
{
public:
// 获取单实例
static Singleton* GetInstance();
// 释放单实例，进程退出时调用
static void deleteInstance();
// 打印实例地址
void Print();
private:
// 将其构造和析构成为私有的, 禁止外部构造和析构
Singleton();
~Singleton();
// 将其拷贝构造和赋值构造成为私有函数, 禁止外部拷贝和赋值
Singleton(const Singleton &signal);
const Singleton &operator=(const Singleton &signal);
private:
// 唯一单实例对象指针
static Singleton *g_pSingleton;
};
// 代码一运行就初始化创建实例 ，本身就线程安全
Singleton* Singleton::g_pSingleton = new (std::nothrow) Singleton;
Singleton* Singleton::GetInstance()
{
return g_pSingleton;
}
void Singleton::deleteInstance()
{
if (g_pSingleton)
{
delete g_pSingleton;
g_pSingleton = NULL;
}
}
void Singleton::Print()
{
std::cout << “我的实例内存地址是:” << this << std::endl;
}
Singleton::Singleton()
{
std::cout << “构造函数” << std::endl;
}
Singleton::~Singleton()
{
std::cout << “析构函数” << std::endl;
}
// 饿汉实现 /
饿汉式单例的运行结果：
从运行结果可知，饿汉式在程序一开始就构造函数初始化了，所以本身就线程安全的
特点与选择
懒汉式是以时间换空间，适应于访问量较小时；推荐使用内部静态变量的懒汉单例，代码量少
饿汉式是以空间换时间，适应于访问量较大时，或者线程比较多的的情况
标签：std,Singleton,实例,模式,SingleInstance,线程,单例 来源： https://blog.csdn.net/weixin_42407060/article/details/111695530