C++单例模板类

<think>我们在处理用户关于C++单例模式模板类实现示例的查询根据用户提供的信息，我们可以直接给出示例代码并解释我们也会参考站内引用提供的信息，特别是引用[3]和引用[5]中关于单例模式模板的实现另外，引用[2]中提到了使用可变参数模板优化单例模式，我们也可以考虑展示设计思路：1.单例模式的核心：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。2.需要禁用拷贝构造、移动构造、赋值运算符等，防止创建多个实例。3.使用静态局部变量（C++11以后保证线程安全）来创建唯一实例。4.考虑使用模板使得单例模式可以复用。我们参考引用[3]和引用[5]的代码，结合可变参数模板（引用[2]中提到）来展示一个更通用的单例模板。注意：在C++11及以后，静态局部变量的初始化是线程安全的，因此可以用这种方式实现线程安全的单例。我们将实现两个版本：版本1：基本单例模板（不支持构造参数）版本2：使用可变参数模板支持构造参数（引用[2]中提到）但注意引用[3]中使用了delete来禁用拷贝等操作，我们也会采用。然而，用户可能需要一个完整的示例，因此我们将提供代码示例和解释。另外，根据引用[4]，我们需要解释为什么使用单例模式以及注意事项。由于用户要求实现模板类，我们重点在模板上。我们按照如下步骤：1.实现一个基本的单例模板类（不支持构造参数）2.实现一个支持可变参数的单例模板类（支持在创建实例时传递参数）3.给出使用示例注意：在单例模板中，我们通常将构造函数设为私有，但是模板类需要能够创建模板参数T的实例，因此我们需要将单例模板声明为T的友元？或者将T的构造函数公开？但这样可能会允许外部创建实例。解决方案：在单例模板中，我们将单例模板类声明为T的友元（如引用[2]中所示），这样单例模板就可以访问T的私有构造函数。但这样对每个T都需要在类内声明友元，不太方便。另一种方法是要求T的构造函数是公有的，然后我们在单例模板中控制创建的唯一性（因为通过单例模板的接口获取实例，而外部不能直接创建T的实例？但实际上如果T的构造函数是公有的，外部还是可以创建实例）。因此，正确的方法是在T中将单例模板类声明为友元，并私有化T的构造函数（包括拷贝构造等）。这样只有单例模板能创建T的实例。所以，我们在使用单例模板时，需要让我们的目标类（比如A）将单例模板类声明为友元，并且将构造函数私有化。我们这里为了模板的通用性，在模板设计时并不直接处理友元，而是要求使用此单例模板的类必须将单例模板类声明为友元（如引用[2]所示）并私有化构造函数。接下来我们写代码：</think> ### C++ 单例模式模板类实现 #### 基本实现原理 单例模式通过以下机制确保类只有一个实例： 1. 私有化构造函数和析构函数，防止外部实例化 2. 禁用拷贝构造、移动构造和赋值运算符 3. 提供静态访问点返回唯一实例 4. 利用 C++11 静态局部变量特性保证线程安全 [^1][^3] #### 模板类实现示例 ```cpp template <typename T> class Singleton { public: // 删除拷贝和移动操作 Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; Singleton(Singleton&&) = delete; Singleton& operator=(Singleton&&) = delete; // 获取全局唯一实例 static T& GetInstance() { static T instance; return instance; } protected: // 允许子类继承构造/析构 Singleton() = default; ~Singleton() = default; }; ``` #### 使用示例 ```cpp class DatabaseConnection : public Singleton<DatabaseConnection> { friend class Singleton<DatabaseConnection>; // 声明友元 public: void Connect() { /* 连接实现 */ } void Query(const std::string& sql) { /* 查询实现 */ } private: // 私有化构造函数 DatabaseConnection() { std::cout << "DB connection established\n"; } }; int main() { // 获取唯一实例 auto& db = DatabaseConnection::GetInstance(); db.Connect(); db.Query("SELECT * FROM users"); } ``` **输出**： ``` DB connection established Query executed: SELECT * FROM users ``` #### 关键设计点 1. **线程安全**：C++11 保证静态局部变量初始化线程安全 [^3] 2. **资源管理**：实例在程序结束时自动销毁 3. **扩展性**： ```cpp // 支持构造参数的可变参数版本 template <typename T, typename... Args> T& GetInstance(Args&&... args) { static T instance(std::forward<Args>(args)...); return instance; } ``` 4. **继承约束**：派生类必须声明模板类为友元并私有化构造函数 [^5] #### 应用场景 1. 全局配置管理 2. 数据库连接池 3. 日志系统 4. 硬件设备访问接口 [^4] ---