C++ | 单例设计模式（懒汉式单例模式源码|饿汉式单例模式）

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01、概念

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单例设计模式（Singleton Pattern）是一种创建型设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该实例。单例模式通常用于需要在整个应用程序中共享一个对象的场景，例如配置管理、日志记录、数据库连接池等。

02、场景

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应用场景

配置管理：应用程序的配置信息通常只需要一个实例来管理，避免多个配置实例导致数据不一致。

日志记录：日志记录器通常只需要一个实例，以便所有模块都能记录到同一个日志文件中。

数据库连接池：数据库连接池只需要一个实例来管理数据库连接，避免资源浪费。

线程池：线程池只需要一个实例来管理线程的创建和销毁。

03、多线程如何处理到单例模式？

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在多线程环境中，单例模式的实现需要考虑线程安全问题。如果不加以处理，可能会导致多个线程同时创建多个实例。常见的解决方案是使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）或使用C++11引入的std::call_once来确保线程安全。

04、懒汉式单例模式（线程安全）

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std::unique_ptr 是 C++11 引入的一种智能指针，用于管理动态分配的对象，并确保在指针超出作用域时自动释放资源。std::unique_ptr 具有独占所有权，即同一时刻只能有一个 std::unique_ptr 指向某个对象。

std::unique_ptr 的特点

独占所有权：std::unique_ptr 不能被复制，只能通过移动语义（std::move）转移所有权。

自动释放资源：当 std::unique_ptr 超出作用域时，它会自动调用析构函数并释放所管理的对象。

轻量级：std::unique_ptr 的实现非常轻量级，通常只包含一个指针。

在单例模式中的应用

在单例模式中使用 std::unique_ptr 可以确保单例实例在程序结束时自动释放，避免内存泄漏。

// 懒汉式单例模式（线程安全）#include <iostream>#include <mutex>#include <memory>class Singleton {public:    // 获取单例实例    static Singleton& getInstance() {        std::call_once(initFlag, initSingleton);        return *instance;    }    // 禁止拷贝和赋值    Singleton(const Singleton&) = delete;    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;private:    // 私有构造函数    Singleton() {        std::cout << "Singleton instance created." << std::endl;    }    // 初始化单例实例    static void initSingleton() {        instance.reset(new Singleton());    }    // 静态成员变量    static std::unique_ptr<Singleton> instance;    // 静态成员变量初始化标志    static std::once_flag initFlag;};// 静态成员变量初始化std::unique_ptr<Singleton> Singleton::instance;std::once_flag Singleton::initFlag;int main() {    // 获取单例实例    Singleton& s1 = Singleton::getInstance();    Singleton& s2 = Singleton::getInstance();    // s1 和 s2 是同一个实例    if (&s1 == &s2) {        std::cout << "Same instance." << std::endl;    }    return 0;}

05、饿汉式单例模式（线程安全）

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// 饿汉式单例模式（线程安全）#include <iostream>class Singleton {public:    // 获取单例实例    static Singleton& getInstance() {        static Singleton instance;        return instance;    }    // 禁止拷贝和赋值    Singleton(const Singleton&) = delete;    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;private:    // 私有构造函数    Singleton() {        std::cout << "Singleton instance created." << std::endl;    }};int main() {    Singleton& s1 = Singleton::getInstance();    Singleton& s2 = Singleton::getInstance();    // s1 和 s2 是同一个实例    if (&s1 == &s2) {        std::cout << "Same instance." << std::endl;    }    return 0;}

06、区别

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懒汉式和饿汉式是两种常见的实现方式，懒汉式在第一次使用时才创建实例，而饿汉式则在程序启动时就创建实例。

总结

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创建型模式（Creational Patterns）

| 模式名称 | 描述 |

| 单例模式（Singleton） | 确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。|

| 工厂方法模式（Factory Method） | 定义一个创建对象的接口，但由子类决定实例化哪个类。|

| 抽象工厂模式（Abstract Factory） | 提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不指定具体的类。|

| 建造者模式（Builder） | 将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。|

| 原型模式（Prototype） | 通过复制现有对象来创建新对象，而不是通过实例化类。|