创建型 - 单例模式(Singleton pattern)

单例模式(Singleton): 保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局控制点. 比如在加载配置文件时, 可使用该模式。

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概念

Singleton 模式典型的结构图为：

最基础的实现

注意单例模式从概念上就是维持一个唯一的实例对象，但是该对象不能直接创建，只能通过静态方法getInstance实现。同时，构造函数要声明为protected 或 private，避免被显示调用。

代码实现

#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_
#include <iostream>

using namespace std;

class Singleton
{
	public:
		static Singleton* getInstance();
		//~Singleton();
	protected:
		Singleton();//Singleton 不能被实例化，因此将构造函数声明为protected 或 private
		
	private:
		static Singleton* _instance;
	
};
#endif //~_SINGLETON_H_

#include "Singleton.h"
#include <iostream>

Singleton* Singleton::_instance = 0;

Singleton::Singleton()
{
	cout<<"Singleton()"<<endl;
}

/* Singleton::~Singleton()
{
	cout<<"~Singleton()"<<endl;
} */

Singleton* Singleton::getInstance()
{
	if (_instance == 0)
	{
		_instance = new Singleton();
	}
	
	return _instance;
}

#include "Singleton.h"
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
	Singleton* sgn = Singleton::getInstance();
	
	return 0;
}

[root@VM-16-6-centos base_use]# ./Singleton
Singleton()

线程安全

考虑到线程安全和内存泄漏，进一步改进：

1. 单例模式对象是禁止拷贝构造和赋值的

2. 利用智能指针shared_ptr来自动释放申请的内存

3. 为了避免多个线程同时调用getInstance函数引起错误，加入互斥锁，确保仅创建一个实例。

代码实现

#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_

#include <iostream>
#include <memory>
#include <mutex> 

using namespace std;

class Singleton{
public:
    typedef std::shared_ptr<Singleton> Ptr;
    
    Singleton(Singleton&)=delete;//禁止拷贝构造
    Singleton& operator=(const Singleton&)=delete;//禁止赋值
    static Ptr getInstance();
	~Singleton();
	
private:
    Singleton();
	
private:
    static Ptr m_instance_ptr;
    static std::mutex m_mutex;
};


#endif //~_SINGLETON_H_

#include "Singleton.h"

Singleton::Ptr Singleton::m_instance_ptr = nullptr;
std::mutex Singleton::m_mutex;//静态变量不写默认为NULL

Singleton::Singleton()
{
  cout<<"Singleton()"<<endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
  cout<<"~Singleton()"<<endl;
}
    
Singleton::Ptr Singleton::getInstance()
{
    if(m_instance_ptr==nullptr)
	{
        std::lock_guard<std::mutex> lk(m_mutex);   
	    if(m_instance_ptr == nullptr)
		 {
             m_instance_ptr = std::shared_ptr<Singleton>(new Singleton);
         }
    }
	
    return m_instance_ptr;
}

#include "Singleton.h"
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
	Singleton::Ptr m_singleton = Singleton::getInstance();
	
	return 0;
}

[root@VM-16-6-centos safe_use]# ./Singleton
Singleton()
~Singleton()

智能指针封装

考虑封装单例智能指针类，通过typedef SingletonPtr<worker> workerPtr;定义一个指向特定对象worker的智能指针workerPtr，然后调用getInstance获取指针对象，进一步调用成员函数myWorkFun：

代码实现

#ifndef _SINGLETONPTR_H_
#define _SINGLETONPTR_H_

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

/**
 * @brief 单例模式智能指针封装类
 * @details T 类型
 *          X 为了创造多个实例对应的Tag
 *          N 同一个Tag创造多个实例索引
 */
template<class T, class X = void, int N = 0>
class SingletonPtr 
{
	public:
		/**
		 * @brief 返回单例智能指针
		 */
		static std::shared_ptr<T> getInstance()
		{
			static std::shared_ptr<T> v(new T);
			return v;
        }
};

class worker 
{
	public:
		worker()
		{
			cout<<"worker()"<<endl;
		}
		~worker()
		{
			cout<<"~worker()"<<endl;
		}
		
		void myWorkFun()
		{
			cout<<"I'm working"<<endl;
		}
};


typedef SingletonPtr<worker> workerPtr;


#endif //~_SINGLETONPTR_H_

#include "Singleton.h"
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
	workerPtr::getInstance()->myWorkFun();
	
	return 0;
}

[root@VM-16-6-centos share_ptr_use]# ./Singleton
worker()
I'm working
~worker()