C++设计模式之单例模式（二）

单例模式Singleton Pattern

简介

单例模式(Singleton Pattern，又称单件模式)，是一种使用非常广泛的设计模式。其目的是为了保证一个类之某程序中有且只有一个实例，并且提供了一个全局访问的接口，即该实例是被程序共享的。
单例模式的类图：

单例模式的特征：

1. 私有化它的构造函数，以防止外界创建该类的实例；
2. 使用类的私有静态变量指针指向类的唯一实例；
3. 使用一个共有的静态方法获取该类的实例。

单例模式实现的方式

1.饿汉式

何为饿汉式？就是在正常情况下，程序进行初始化的时候，已将该对象实例化。后续使用的时候不需要进行初始化。

class Singleton
{
private:
	static Singleton* instance;
private:
	Singleton() {};
	~Singleton() {};
	Singleton(const Singleton&);
	Singleton& operator=(const Singleton&);
public:
	static Singleton* getInstance() 
    {
		return instance;
	}
};

//initialize defaultly
Singleton* Singleton::instance = new Singleton();

饿汉式的单例对象实在程序的main函数之前进行初始化的，所以是不存在线程安全问题的。

2.懒汉式

何为懒汉式？就是在正常情况下，我需要用到该对象的时候，才会去初始化该对象(即，在第一次使用的时候被初始化)。

class Singleton
{
private:
	static Singleton* instance;
private:
	Singleton() {};
	~Singleton() {};
	Singleton(const Singleton&);
	Singleton& operator=(const Singleton&);
public:
	static Singleton* getInstance() 
    {
		if(instance == NULL) 
			instance = new Singleton();
		return instance;
	}
};

// init static member
Singleton* Singleton::instance = NULL;

3.线程安全方式

在使用多线程的时候，若用到懒汉式的方式去实现单例，那么会出现线程不安全的情况；假设有两个线程，pthread_1刚判断完 intance 为NULL 为真，准备创建实例的时候，切换到了pthread_2, 此时pthread_2也判断intance为NULL为真，创建了一个实例，再切回pthread_1的时候继续创建一个实例返回，那么此时就不再满足单例模式的要求了，既然这样，是因为多线程访问出的问题，那我们就来加把锁，使得线程同步；

class Singleton
{
private:
	static Singleton* instance;	
	static pthread_mutex_t mutex;
private:
	Singleton() {};
	~Singleton() {};
	Singleton(const Singleton&);
	Singleton& operator=(const Singleton&);
public:
	static Singleton* getInstance() 
    {
    	if (NULL == instance ){
            pthread_mutex_lock(&mutex)
		    if(instance == NULL) 
			    instance = new Singleton();
            pthread_mutex_unlock(&mutex)
        }
		return instance;
	}
};


pthread_mutex_t singleton::mutex;
// init static member
Singleton* Singleton::instance = NULL;

4.泛编方式

template <typename T>
class Singleton {

public:
    static T* GetInstance(){
        static std::once_flag s_flag;
        std::call_once(s_flag, [&](){
            singleton_ptr.reset(new T);
        });

        return singleton_ptr.get();
    }

protected:
    Singleton(){};
    ~Singleton(){};

private:
    static std::shared_ptr<T> singleton_ptr;

    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton&operator=(const Singleton&) = delete;
}; // end singleton

template<typename T> std::shared_ptr<T> Singleton<T>::singleton_ptr;

该方式里面用到了一些C11中的知识，例如std::shared_ptr，std::once_flag，std::call_once；这种方式的优势在于，当某一程序中需要多个不同类型的单例对象的时候，不需要再实现相应的方法，直接继承该类就可以了。如下所示：

class TestClass: public Singleton<TestClass> {
    public:
        TestClass();
        ~TestClass();
    };

使用场合

系统只需要一个实例对象，或者考虑到资源消耗的太大而只允许创建一个对象；
客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该访问点之外不允许通过其它方式访问该实例 (就是共有的静态方法).