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单例模式
单例模式（Singleton Pattern）是面向对象语言例如C++ 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
注意：
- 1、单例类只能有一个实例。
- 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
- 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
介绍
意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。
如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。
关键代码：构造函数是私有的。
应用实例：
- 1、一个班级只有一个班主任。
- 2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
- 3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。
优点：
- 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
- 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。
缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。
常用的C++单例设计方案有以下几种：
- 延时加载——懒汉模式
- 适用于单线程下的懒汉模式
- 适用于多线程下的懒汉模式
- 在懒汉模式基础上衍生的双重锁模式
- 贪婪加载——饿汉模式
设计思想：
- 将能够生成对象的函数接口屏蔽，即将构造函数和拷贝构造函数放在私有数据成员下。
- 对外提供一个接口，这个接口会返回一个唯一生成的对象，且无论调用这个接口多少次，返回的均是同一个对象。这里还需要注意，因为单例模式要求只能实例化一个对象，而当调用普通的类成员方法时需要依赖对象来调用，因此我们需要将这个接口设置为静态方法，即给这个方法加上关键字static。
一.延时加载——懒汉模式
顾名思义，懒汉模式就是非常“懒”，只有当我们需要的时候才实例化唯一的对象
1.适用于单线程模式下的懒汉模式
class SingleTon
{
public:
static SingleTon* getInstance()//提供唯一实例化对象的接口
{
if (instance== NULL)
{
instance= new SingleTon();
}
return instance;
}
private:
SingleTon(){} //构造函数
SingleTon(const SingleTon&);//拷贝构造函数
static SingleTon* instance;
};
SingleTon* SingleTon::instance= NULL;//静态成员变量必须在类外定义
我们可以看到，每一次调用接口时都会判断instance是否为NULL，只有为NULL时才会创建对象，这样就避免了重复实例化多个对象，且每次调用接口后的返回的对象都是同一个对象。
但这种模式只适用于单线程模式，例如若某一个进程中的两个线程A和B，如果当线程A执行到 if(instance==NULL) 这一步时，得知此时instance==NULL，那么紧接着它就要执行 instance = new SingleTon()来实例化唯一对象了，但此事线程B也执行到了if(instance==NULL)这一步，且此事线程A还没来得及实例化唯一对象，那么线程B也会执行 instance = new SingleTon()来实例化唯一对象，这样就会引发问题，违背了单例模式的设计原则。
为了解决这一问题我们提出一种适用于多线程下的懒汉模式。
2.适用于多线程下的懒汉模式
所谓适用于多线程下的懒汉模式就是在判断instance是否为NULL时，需要加锁，加锁的目的是为了限制不同线程对同一资源的使用顺序，从而达到同步的目的，判断完毕后再解锁。
class SingleTon
{
public:
static SingleTon* getInstance()
{
lock(); //加锁
if (instance== NULL)
{
instance= new SingleTon(); //堆区申请对象
}
unlock(); //解锁
return instance;
}
private:
SingleTon(){} //构造函数
SingleTon(const SingleTon&);//拷贝构造函数
static SingleTon* instance;
};
SingleTon* SingleTon::instance= NULL;//静态成员变量必须在类外定义
这种情况下，当线程A在判断instance是否为NULL前，先要进行加锁操作（lock）,此时若线程B也执行到了lock()这一步，他发现此时临界资源已被加锁，且无法再进行加锁，那么此时线程B就被阻塞住了，它要等到锁被释放，即线程A执行unlock()以后才能继续执行，这样我们就解决了由多线程引起的重复实例化对象的问题。
二.在懒汉模式基础上衍生的双重锁模式
与其把这种模式称为 在懒汉模式基础上衍生的双重锁模式 ，不如把它称为 适用于多线程下的懒汉模式——改进版。
我们看到在适用于多线程下的懒汉模式中，每一个线程在判断instance是否为NLL前，都先要进行加锁操作，如果此时已经有其他线程进行了加锁操作，那么当前线程就进入了阻塞状态，如此以往，就会导致大量资源被浪费，还影响了效率，其实我们只需要小小的改动，就可以解决这个问题。
class SingleTon
{
public:
static SingleTon* getInstance()
{
if (instance== NULL)
{
lock();
if (instance== NULL)
{
instance= new SingleTon();
}
unlock();
}
return instance;
}
private:
SingleTon(){}
SingleTon(const SingleTon&);
static SingleTon* instance;
};
我们看到，我们只是将加锁和判断instance是否为NULL 的顺序对调了一下就解决了这个问题，即当instance==NULL的时候，才去进行加锁，实例化唯一对象，解锁的操作，如果此时instance != NULL，说明唯一的对象已经被实例化出来了，那么其他线程就不需要再进行加锁，解锁操作了，而是可以直接使用这个唯一的对象。
三.贪婪加载——饿汉模式
所谓的饿汉模式与懒汉模式恰恰相反，懒汉模式是只有当我们需要的时候才实例化唯一的对象，而饿汉是无论你需不需要，一开始就将唯一的对象实例化出来。
class SingleTon
{
public:
static SingleTon* getInstance()
{
return instance;
}
private:
SingleTon(){}
SingleTon(const SingleTon&);
static SingleTon* instance;
};
SingleTon* SingleTon::instance= new SingleTon();//静态成员必须在类外定义
我们发现饿汉模式的好处，就是不需要再判断instance是否为NULL了，这在某些情况下能起到非常大的作用。
