三种单例模式的C++实现

简介

        因为在设计或开发中，肯定会有这么一种情况，一个类只能有一个对象被创建，如果有多个对象的话，可能会导致状态的混乱和不一致。这种情况下，单例模式是最恰当的解决办法。它有很多种实现方式，各自的特性不相同，使用的情形也不相同。今天要实现的是常用的三种，分别是饿汉式、懒汉式和多线程式。

        通过单例模式， 可以做到：

1. 确保一个类只有一个实例被建立
2. 提供了一个对对象的全局访问指针
3. 在不影响单例类的客户端的情况下允许将来有多个实例

懒汉式

      懒汉式的特点是延迟加载，比如配置文件，采用懒汉式的方法，顾名思义，懒汉么，很懒的，配置文件的实例直到用到的时候才会加载。。。。。。

class CSingleton { public: static CSingleton* GetInstance() {      if ( m_pInstance == NULL )            m_pInstance = new CSingleton();      return m_pInstance; } private:     CSingleton(){};     static CSingleton * m_pInstance; };

GetInstance()使用懒惰初始化，也就是说它的返回值是当这个函数首次被访问时被创建的。这是一种防弹设计——所有GetInstance()之后的调用都返回相同实例的指针：
CSingleton* p1 = CSingleton :: GetInstance();
CSingleton* p2 = p1->GetInstance();
CSingleton & ref = * CSingleton :: GetInstance();
对GetInstance稍加修改，这个设计模板便可以适用于可变多实例情况，如一个类允许最多五个实例。

代码很简单，但是会存在内存泄漏的问题，new出来的东西始终没有释放，下面是一种饿汉式的一种改进。

class CSingleton   {   private:       CSingleton()       {       }       static CSingleton *m_pInstance;       class CGarbo        {       public:           ~CGarbo()           {               if(CSingleton::m_pInstance)                   delete CSingleton::m_pInstance;           }       };       static CGarbo Garbo;    public:       static CSingleton * GetInstance()       {           if(m_pInstance == NULL)               m_pInstance = new CSingleton();           return m_pInstance;       }   };  

　   在程序运行结束时，系统会调用CSingleton的静态成员Garbo的析构函数，该析构函数会删除单例的唯一实例。使用这种方法释放单例对象有以下特征：
1.在单例类内部定义专有的嵌套类。
2.在单例类内定义私有的专门用于释放的静态成员。
3.利用程序在结束时析构全局变量的特性，选择最终的释放时机。

饿汉式

       饿汉式的特点是一开始就加载了，如果说懒汉式是“时间换空间”，那么饿汉式就是“空间换时间”，因为一开始就创建了实例，所以每次用到的之后直接返回就好了。

class CSingleton   {   private:       CSingleton()         {       }   public:       static CSingleton * GetInstance()       {           static CSingleton instance;            return &instance;       }   };  

      饿汉式是线程安全的,在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变，懒汉式如果在创建实例对象时不加上synchronized则会导致对对象的访问不是线程安全的。

注：线程安全的通俗解释 - 不管多个线程是怎样的执行顺序和优先级,或是wait,sleep,join等控制方式，如果一个类在多线程访问下运转一切正常，并且访问类不需要进行额外的同步处理或者协调，那么我们就认为它是线程安全的。 线程安全的类应当封装了所有必要的同步操作，调用者无需额外的同步。还有一点：无状态的类永远是线程安全的。

        

         在饿汉式的单例类中，其实有两个状态，单例未初始化和单例已经初始化。假设单例还未初始化，有两个线程同时调用GetInstance方法，这时执行 m_pInstance == NULL 肯定为真，然后两个线程都初始化一个单例，最后得到的指针并不是指向同一个地方，不满足单例类的定义了，所以饿汉式的写法会出现线程安全的问题！在多线程环境下，要对其进行修改。

多线程下的单例模式

        这里要处理的是懒汉模式。

class Singleton { private:     static Singleton* m_instance;     Singleton(){} public:     static Singleton* getInstance(); };  Singleton* Singleton::getInstance() {     if(NULL == m_instance)     {         Lock();//借用其它类来实现，如boost         if(NULL == m_instance)         {             m_instance = new Singleton;         }         UnLock();     }     return m_instance; }

使用double-check来保证thread safety.但是如果处理大量数据时，该锁才成为严重的性能瓶颈。

参考

C++中的单例模式