设计模式之单例模式

xiaoxiao2025-04-04 5

一、设计模式设计模式代表了最佳实践，是软件开发过程中面临一般问题的解决方案。设计模式是一套被反复使用、经过分类、代码设计总结的经验。二、单例模式单例模式也叫单件模式。Singleton是一个非常常用的设计模式，几乎所有稍微大一些的程序都会使用到它，所以构建一个线程安全并且高效的Singleton很重要。 1. 单例类保证全局只有一个唯一实例对象。

2. 单例类提供获取这个唯一实例的接口。

以下先介绍下面试问的比较多的两个题：

1.只能在栈上生成的对象的类

2。只能在堆上生成对象的类

//只能在栈上生成对象的类 class Singleton { public: statci Singleton* GetSingletong() { if(_sInstance == NULL) _sInstance = new Singleton; return _sInstance; } private: int _a; static Singleton* _sInstance; Singletong() :_a(5) {} Singletong(const Singleton&); Singletong& operator=(const Singleton&); }; </pre><pre name="code" class="html">//只能在栈上生成对象的单例模式 class Singleton { public: static Singletong* GetSingletong() { static Singletong s; return &s; } private: int _a; Singletong() :_a(5) {} Singleton(const Singletong&); Singletong& operator=(const Singletong&); }

上面两个的区分就是一个是用了栈空间，一个用了堆空间，两个都是单列模式，但是要实现一个既高效又是线程安全的单例模式，上面的两种都还达不到标准。下面从三个方面来实现这个神秘的单例模式

第一、为了实现线程安全，加锁！！！

第二、因为每次获取单例对象都需要做加锁解锁操作，而实际上只有第一次产生单例模式需要这么做，所以使用双重判断来提高效率。

第三、为了防止系统优化进行指令重排，使用栅栏，防止得到的对象为随机值。

就具体实现如下：

//高效、线程安全的单例模式 #include <mutex> #include <Windows.h> <pre name="code" class="cpp" style="font-size: 16px;">class Singleton { public: statci Singleton* GetSingletong() { if(_sInstance == NULL)//双重判断提高效率 { lock_guard<mutex> lck(_mtx);//加锁线程安全 if(_sInstance == NULL) ｛ Singletong* tmp = new Singletong; memoryBarrier();//使用栅栏防止编译器优化使，使指令重排 </pre><pre name="code" class="cpp" style="font-size: 16px;"> //1.分配空间 2.调用构造函数 3.赋值 //编译器编译优化可能会把2和3进行指令重排，这样可能会导致 //高并发场景下，其他线程获取到未调用构造函数初始化的对象 //以下加入内存栅栏进行处理，防止编译器重排栅栏后面的赋值 //到内存栅栏之前 <pre name="code" class="cpp" style="font-size: 16px;"> _sInstance = tmp;

｝ } return _sInstance; } private: int _a; static Singleton* _sInstance; static mutex _mtx;//互斥锁 Singletong() :_a(5) {} </pre><pre name="code" class="cpp" style="font-size: 16px;"> Singletong(const Singleton&); Singletong& operator=(const Singleton&); }; 上面实现的模式叫做懒汉模式，下面讲解下饿汉模式的单例模式

线程安全（饿汉模式--简洁、高效、不用加锁、但是在某些场景下会有缺陷） //方式一 class Singleton {public: //获取唯一对象实例的接口函数 static Singleton* GetInstance() { static Singleton sInstance; return &sInstance; } void Print() { cout<<_data<<endl; } private: //构造函数定义为私有，限制只能在类内创建对象 Singleton() :_data(0) {} Singleton(const Singleton&); Singleton& operator=(const Singleton&); //单例类里面的数据 int _data; }; void TestSingleton() { Singleton::GetInstance()->Print(); } // 方式二 class Singleton { public: //获取唯一对象实例的接口函数 static Singleton* GetInstance() { assert(_sInstance); return _sInstance; } //删除实例对象 static void DelInstance() { if (_sInstance) { delete _sInstance; _sInstance = NULL; } } void Print() { cout << _data << endl; } private: //构造函数定义为私有，限制只能在类内创建对象 Singleton() :_data(0) {} Singleton(const Singleton&); Singleton& operator=(const Singleton&); //指向实例的指针定义为静态私有，这样定义静态成员函数获取对象实例 static Singleton* _sInstance; //单例类里面的数据 int _data; }; Singleton* Singleton::_sInstance = new Singleton; void TestSingleton() { Singleton::GetInstance()->Print(); Singleton::DelInstance(); } 带RAII GC 自动回收实例对象的方式 class Singleton {

public: //获取唯一对象实例的接口函数 static Singleton* GetInstance() { assert(_sInstance); return _sInstance; }

//删除实例对象 static void DelInstance() { if (_sInstance) { delete _sInstance; _sInstance = NULL; } }

void Print() { cout << _data << endl; }

class GC {

public: ~GC() { cout << "DelInstance()"<<endl; DelInstance(); } }; private: //构造函数定义为私有，限制只能在类内创建对象 Singleton() :_data(0) {} //指向实例的指针定义为静态私有，这样定义静态成员函数获取对象实例 static Singleton* _sInstance; //单例类里面的数据 int _data; }; //静态对象在main函数之前初始化，这时只有主线程运行，所以是线程安全的。 Singleton* Singleton::_sInstance = new Singleton; //使用RAII，定义全局的GC对象释放对象实例Singleton::GC gc; void TestSingleton() { Singleton::GetInstance()->Print(); }

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