定義

單例是一種創(chuàng)建型設(shè)計模式，讓你能夠保證一個類只有一個實例，并提供一個訪問該實例的全局節(jié)點。

前言

1. 問題

單例模式同時解決了兩個問題，所以違反了單一職責(zé)原則：

1. 保證一個類只有一個實例。
2. 為該實例提供一個全局訪問節(jié)點。

為什么會有人想要控制一個類所擁有的實例數(shù)量？最常見的原因是控制某些共享資源（例如數(shù)據(jù)庫或文件）的訪問權(quán)限。它的運(yùn)作方式是這樣的：如果你創(chuàng)建了一個對象，同時過一會兒后你決定再創(chuàng)建一個新對象，此時你會獲得之前已創(chuàng)建的對象，而不是一個新對象。

注意，普通構(gòu)造函數(shù)無法實現(xiàn)上述行為，因為構(gòu)造函數(shù)的設(shè)計決定了它必須總是返回一個新對象。

還記得你用過的那些存儲重要對象的全局變量嗎？它們在使用上十分方便，但同時也非常不安全，因為任何代碼都有可能覆蓋掉那些變量的內(nèi)容，從而引發(fā)程序崩潰。和全局變量一樣，單例模式也允許在程序的任何地方訪問特定對象。但是它可以保護(hù)該實例不被其他代碼覆蓋。

還有一點：你不會希望解決同一個問題的代碼分散在程序各處的。因此更好的方式是將其放在同一個類中，特別是當(dāng)其他代碼已經(jīng)依賴這個類時更應(yīng)該如此。

如今，單例模式已經(jīng)變得非常流行，以至于人們會將只解決上文描述中任意一個問題的東西稱為單例。

結(jié)構(gòu)

?

單例（Singleton） 類聲明了一個名為getInstance 獲取實例的靜態(tài)方法來返回其所屬類的一個相同實例。

單例的構(gòu)造函數(shù)必須對客戶端（Client） 代碼隱藏。調(diào)用獲取實例方法必須是獲取單例對象的唯一方式。

適用場景

• 如果程序中的某個類對于所有客戶端只有一個可用的實例，可以使用單例模式。

單例模式禁止通過除特殊構(gòu)建方法以外的任何方式來創(chuàng)建自身類的對象。該方法可以創(chuàng)建一個新對象，但如果該對象已經(jīng)被創(chuàng)建，則返回已有的對象。

• 如果你需要更加嚴(yán)格地控制全局變量，可以使用單例模式。

單例模式與全局變量不同，它保證類只存在一個實例。除了單例類自己以外，無法通過任何方式替換緩存的實例。請注意， 你可以隨時調(diào)整限制并設(shè)定生成單例實例的數(shù)量，只需修改獲取實例方法， 即getInstance 中的代碼即可實現(xiàn)。

實現(xiàn)方式

1. 在類中添加一個私有靜態(tài)成員變量用于保存單例實例。
2. 聲明一個公有靜態(tài)構(gòu)建方法用于獲取單例實例。
3. 在靜態(tài)方法中實現(xiàn)"延遲初始化"。該方法會在首次被調(diào)用時創(chuàng)建一個新對象，并將其存儲在靜態(tài)成員變量中。此后該方法每次被調(diào)用時都返回該實例。
4. 將類的構(gòu)造函數(shù)設(shè)為私有。類的靜態(tài)方法仍能調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，但是其他對象不能調(diào)用。
5. 檢查客戶端代碼，將對單例的構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用替換為對其靜態(tài)構(gòu)建方法的調(diào)用。

優(yōu)點

• 你可以保證一個類只有一個實例。
• 你獲得了一個指向該實例的全局訪問節(jié)點。
• 僅在首次請求單例對象時對其進(jìn)行初始化。

缺點

• 違反了單一職責(zé)原則。該模式同時解決了兩個問題。
• 單例模式可能掩蓋不良設(shè)計，比如程序各組件之間相互了解過多等。
• 該模式在多線程環(huán)境下需要進(jìn)行特殊處理，避免多個線程多次創(chuàng)建單例對象。
• 單例的客戶端代碼單元測試可能會比較困難，因為許多測試框架以基于繼承的方式創(chuàng)建模擬對象。由于單例類的構(gòu)造函數(shù)是私有的，而且絕大部分語言無法重寫靜態(tài)方法，所以你需要想出仔細(xì)考慮模擬單例的方法。要么干脆不編寫測試代碼，或者不使用單例模式。

懶漢單例模式代碼

1. 線程不安全的懶漢單例模式

Singleton.h：

• 構(gòu)造函數(shù)私有：即單例模式只能在內(nèi)部私有化
• 實例對象static：保證全局只有一個
• 外界通過GetInstance()獲取實例對象

#ifndef SINGLETON_H_
#define SINGLETON_H_

#include <iostream>
#include <string>

class Singleton {
 public:
    static Singleton* GetInstance() {
        if (instance_ == nullptr) {
            instance_ = new Singleton();
        }
        return instance_;
    }
 private:
    Singleton() {}
    static Singleton* instance_;
};

#endif  // SINGLETON_H_

Singleton.cpp：?

#include "Singleton.h"

// 靜態(tài)變量instance初始化不要放在頭文件中, 如果多個文件包含singleton.h會出現(xiàn)重復(fù)定義問題
Singleton* Singleton::instance_ = nullptr;

?main.cpp：

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

int main() {
    Singleton *s1 = Singleton::GetInstance();
    Singleton *s2 = Singleton::GetInstance();

    std::cout << "s1地址: " << s1 << std::endl;
    std::cout << "s2地址: " << s2 << std::endl;
    return 0;
}

線程安全

上述代碼并不是線程安全的，當(dāng)多個線程同時調(diào)用Singleton::GetInstance()，可能會創(chuàng)建多個實例從而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏（會new多次但我們只能管理唯一的一個instance_），我們這里簡單通過互斥鎖實現(xiàn)線程安全。

Singleton.hpp

#ifndef SINGLETON_H_
#define SINGLETON_H_

#include <iostream>
#include <string>
#include <mutex>

class Singleton {
 public:
    static Singleton* GetInstance() {
        if (instance_ == nullptr) {
            // 加鎖保證多個線程并發(fā)調(diào)用getInstance()時只會創(chuàng)建一個實例
            m_mutex_.lock();
            if (instance_ == nullptr) {
                instance_ = new Singleton();
            }
            m_mutex_.unlock();
        }
        return instance_;
    }
 private:
    Singleton() {}
    static Singleton* instance_;
    static std::mutex m_mutex_;
};

#endif  // SINGLETON_H_

?Singleton.cpp：

#include "Singleton.h"

// 靜態(tài)變量instance初始化不要放在頭文件中, 如果多個文件包含singleton.h會出現(xiàn)重復(fù)定義問題
Singleton* Singleton::instance_ = nullptr;
std::mutex Singleton::m_mutex_;

main.cpp：?

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

int main() {
    Singleton *s1 = Singleton::GetInstance();
    Singleton *s2 = Singleton::GetInstance();

    std::cout << "s1地址: " << s1 << std::endl;
    std::cout << "s2地址: " << s2 << std::endl;
    return 0;
}

餓漢單例模式代碼

Singleton.h：

#ifndef SINGLETON_H_
#define SINGLETON_H_

class Singleton {
 public:
    static Singleton* GetInstance() {
        return instance_;
    }

 private:
    Singleton() {}
    static Singleton* instance_;
};

#endif  // SINGLETON_H_

Singleton.cpp：

#include "Singleton.h"

Singleton* Singleton::instance_ = new Singleton();

main.cpp：?文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-500591.html

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

int main() {
    Singleton *s1 = Singleton::GetInstance();
    Singleton *s2 = Singleton::GetInstance();

    std::cout << "s1地址: " << s1 << std::endl;
    std::cout << "s2地址: " << s2 << std::endl;
    return 0;
}

到了這里，關(guān)于單例模式（Singleton）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！