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单例用例(C++)简单分析

news 来源：原创 2025/6/19 13:25:24

1-单例模式定义

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类在程序运行期间只有一个实例存在，并提供一个全局访问点。这个模式在需要全局控制资源（如配置管理、日志系统、线程池等）时非常有用。

1.1 单例模式的特殊点

1.私有构造函数：防止外部通过new关键字创建实例。

2.静态实例：通过静态成员变量或静态方法提供全局访问点。

3.防止拷贝构造和赋值操作：防止通过拷贝或赋值创建多个实例。

4.线程安全：在多线程环境下，确保单例的唯一性。

2-实现

我们这里实现有两种方式：1 懒汉式；2 饿汉式。

2.1- 懒汉式单例（Lazy ）

优缺点分析：

优点

延迟初始化：实例在需要时才被创建，可以节省资源。

缺点

线程不安全：在多线程环境下，多个线程可能同时调用getInstance()，导致创建多个实例。
性能问题：每次调用getInstance()都需要进行线程同步，影响性能

代码实现：


class Singleton {
public:
    // 提供一个全局访问点
    static Singleton* getInstance() {
        // 双重检查锁定，提高性能，并且在加锁前先检查实例是否已经创建，避免不必要的锁开销。
        if (instance == nullptr) {
            lock_guard<mutex> lock(mtx);
            if (instance == nullptr) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }

    // 防止拷贝构造和赋值操作
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

private:
    // 构造函数设为私有，防止外部创建实例
    Singleton() {
        cout << "Singleton instance created." << endl;
    }

    // 静态实例指针
    static Singleton* instance;
    // 互斥锁确保在多线程环境下只有一个线程能够创建实例。
    static smutex mtx;
};

// 初始化静态成员
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
mutex Singleton::mtx;

// 使用示例
int main() {
    Singleton* s1 = Singleton::getInstance();
    Singleton* s2 = Singleton::getInstance();

    // 检查两个指针是否指向同一个实例
    if (s1 == s2) {
        cout << "s1 and s2 are the same instance." << endl;
    }
    else {
        cout << "s1 and s2 are different instances." << sendl;
    }

    return 0;
}

2. 饿汉式单例（Eager ）

优缺点分析

优点

线程安全：实例在程序启动时就被创建，避免了多线程环境下的竞争条件。
简单易用：实现简单，不需要额外的同步机制。

缺点

资源浪费：如果实例在程序运行期间从未被使用，会浪费内存资源。
启动时间增加：在实例创建过程中，如果初始化过程复杂，会增加程序的启动时间。

代码实现：

class Singleton {
public:
    // 提供一个全局访问点
    static Singleton& getInstance() {
        return instance;
    }

    // 防止拷贝构造和赋值操作
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

private:
    // 构造函数设为私有，防止外部创建实例
    Singleton() {
        cout << "Singleton instance created." << endl;
    }

    // 静态实例在程序启动时就会被创建，静态存储区保证线程安全
    static Singleton instance;
};

// 初始化静态成员
Singleton Singleton::instance;

// 使用示例
int main() {
    Singleton& s1 = Singleton::getInstance();
    Singleton& s2 = Singleton::getInstance();

    // 检查两个引用是否指向同一个实例
    if (&s1 == &s2) {
        cout << "s1 and s2 are the same instance." << endl;
    }
    else {
        cout << "s1 and s2 are different instances." << endl;
    }

    return 0;
}

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