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C++ 单例模式实现代码_C++设计模式之单例写法分析

下次还敢

发布： 2025-11-27 16:15:06

原创

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Meyers单例模式是C++推荐写法，利用局部静态变量实现线程安全的懒加载，代码简洁且自动管理生命周期，适用于大多数场景。

c++ 单例模式实现代码_c++设计模式之单例写法分析

单例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线程安全、构造顺序、资源释放等问题。下面介绍几种常见的 C++ 单例写法，并分析其优缺点。

1. 懒汉模式（懒加载 + 局部静态变量）

C++11 及以后标准推荐写法：

利用函数内部的局部静态变量具有“延迟初始化”和线程安全特性（C++11 起保证）：

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;  // 线程安全，只初始化一次
        return instance;
    }
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

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private: Singleton() = default; ~Singleton() = default; };

优点：

线程安全（C++11 起）
自动管理生命周期，无需手动 delete
代码简洁，易于理解

缺点：

析构顺序不可控，若其他全局对象依赖该单例，可能出问题

2. 饿汉模式（程序启动时创建）

通过全局或静态变量提前构造单例，避免多线程竞争：

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        return instance;
    }
<pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

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private: Singleton() = default; ~Singleton() = default;

<code>static Singleton instance;  // 程序启动时构造

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};

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// 定义静态成员 Singleton Singleton::instance;

优点：

线程安全（构造发生在 main 之前）
无懒加载开销

缺点：

不能延迟加载，即使不用也会构造
构造函数中若调用其他未初始化的全局对象，可能导致未定义行为

3. 懒汉模式（加锁 + 指针）

动态分配内存，配合互斥锁实现线程安全的懒加载：

#include <mutex>
<p>class Singleton {
public:
static Singleton* getInstance() {
if (instance == nullptr) {  // 双重检查锁定
std::lock<em>guard<std::mutex> lock(mutex</em>);
if (instance == nullptr) {
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

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private: Singleton() = default; ~Singleton() = default;

<pre class="brush:php;toolbar:false;">static Singleton* instance;
static std::mutex mutex_;

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};

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// 静态成员定义 Singleton* Singleton::instance = nullptr; std::mutex Singleton::mutex_;

优点：

真正实现延迟加载
控制构造时机

缺点：

需手动管理内存（可用智能指针改进）
性能略低（每次调用都要判断锁）
容易出错（如忘记加锁）

4. 使用智能指针改进懒汉模式

结合 unique_ptr 或 shared_ptr 自动释放资源：

#include <memory>
#include <mutex>
<p>class Singleton {
public:
static Singleton* getInstance() {
if (instance == nullptr) {
std::lock<em>guard<std::mutex> lock(mutex</em>);
if (instance == nullptr) {
instance.reset(new Singleton());
}
}
return instance.get();
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

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private: Singleton() = default; ~Singleton() = default;

<pre class="brush:php;toolbar:false;">static std::unique_ptr<Singleton> instance;
static std::mutex mutex_;

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};

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std::uniqueptr<Singleton> Singleton::instance = nullptr; std::mutex Singleton::mutex;

注意： 此写法仍需手动调用 reset，且无法完全避免多次 new/delete。

5. Meyers 单例（推荐）

即第一种“局部静态变量”写法，也称为 Scott Meyers 单例，是现代 C++ 最常用方式：

<pre class="brush:php;toolbar:false;">class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }
<p>private:
Singleton();
~Singleton();
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};</p>

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关键点：