C++ 如何实现一个单例模式_C++ 单例设计模式实现详解

单例模式确保类唯一实例并提供全局访问点，C++中常用局部静态变量实现，兼具线程安全、延迟加载与简洁性，为现代C++首选方案。

单例模式是一种创建型设计模式，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考虑构造函数私有化、静态实例管理以及线程安全等问题。下面介绍几种常见的实现方式，从基础到高级逐步展开。

1. 懒汉式（Lazy Initialization）

懒汉式在第一次使用时才创建实例，节省资源，但需注意多线程环境下的安全性。

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton() {}

public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;

这种方式在单线程环境下可用，但在多线程中可能产生多个实例。

2. 线程安全的懒汉式（加锁）

通过互斥锁保证多线程下只创建一次实例。

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#include <mutex>

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    static std::mutex mtx;
    Singleton() {}

public:
    static Singleton* getInstance() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mtx;

虽然线程安全，但每次调用都加锁影响性能。

3. 双重检查锁定（Double-Checked Locking）

减少锁的开销，仅在初始化时加锁。

注意：C++11 起，使用 memory_order 和原子操作可保证正确性。

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#include <atomic>
#include <mutex>

class Singleton {
private:
    static std::atomic<Singleton*> instance;
    static std::mutex mtx;
    Singleton() {}

public:
    static Singleton* getInstance() {
        Singleton* tmp = instance.load(std::memory_order_relaxed);
        if (tmp == nullptr) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
            tmp = instance.load(std::memory_order_relaxed);
            if (tmp == nullptr) {
                tmp = new Singleton();
                instance.store(tmp, std::memory_order_release);
            }
        }
        return tmp;
    }
};

std::atomic<Singleton*> Singleton::instance{nullptr};
std::mutex Singleton::mtx;

这种方式兼顾性能与线程安全，适用于高并发场景。

4. 饿汉式（Eager Initialization）

在程序启动时就创建实例，天然线程安全。

class Singleton {
private:
    static Singleton instance;
    Singleton() {}

public:
    static Singleton& getInstance() {
        return instance;
    }
};

Singleton Singleton::instance;

优点是简单且线程安全，缺点是不管是否使用都会创建对象，可能存在资源浪费。

5. 局部静态变量（C++11 推荐）

C++11 标准规定局部静态变量的初始化是线程安全的，这是最简洁高效的实现。

class Singleton {
private:
    Singleton() {}
    ~Singleton() {}

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

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

这个版本代码简洁，自动线程安全，延迟初始化，析构无需手动管理，是现代C++中最推荐的方式。

基本上就这些。选择哪种方式取决于你的需求：是否要求延迟加载、是否多线程、是否追求极致简洁。对于大多数情况，使用局部静态变量的单例是最优解。

以上就是C++ 如何实现一个单例模式_C++ 单例设计模式实现详解的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！