C++单例模式详解与四种实现方法

C++设计模式中的单例模式是一种常用的软件设计模式，它旨在确保在一个应用程序中只有一个特定类的实例，并提供一个全局访问点，使得对这个实例的创建和管理变得更加高效和可控。在实际开发中，例如构建日志模块时，如果需要在系统各处都能方便地使用且确保其唯一性，传统的全局变量并不适用，因为它们可能导致多线程安全问题和不符合面向对象的设计原则。 在《设计模式：可复用面向对象软件的基础》中，单例模式被定义为：一个类仅允许在其生命周期内创建唯一的实例，并通过全局访问点来获取该实例。为了实现这一点，首先，类的构造函数需被声明为私有或受保护，以防止外部直接实例化；其次，创建一个静态成员函数，如`GetInstance()`或`getInstance()`，用于控制实例的生成，并返回唯一存在的实例。 以下是四种不同的C++单例模式实现方式： 1. 简单懒汉式（代码示例） - 使用静态局部变量存储单例实例，只有当第一次请求时才初始化，从而避免了线程同步问题。 ```cpp class Singleton { private: static Singleton* instance; public: static Singleton* GetInstance() { if (!instance) instance = new Singleton(); return instance; } private: Singleton() {} // 构造函数私有，防止直接实例化 }; ``` 2. 双重检查锁定（Double-Check Locking） - 在多线程环境中，使用双重检查锁定确保线程安全地创建实例，只有在第一次检查时才加锁。 ```cpp class Singleton { private: static Singleton* instance; static bool initialized; public: Singleton() {} // 构造函数私有 public: static Singleton* GetInstance() { if (!initialized) { std::lock_guard<std::mutex> lock(singletonMutex); if (!instance) instance = new Singleton(); } return instance; } }; ``` 3. 枚举单例（Enum Singleton） - 利用C++11中的枚举常量来隐藏实现细节，但这种方法在编译期间创建实例，不适用于需要延迟初始化的情况。 ```cpp enum class Singleton { INSTANCE = new Singleton(), ~INSTANCE = delete }; ``` 4. 预编译宏 - 使用预处理器宏定义来创建单例，但这种方法可能导致编译器错误，不如前几种灵活。 ```cpp #define SINGLETON(type) \ struct type##__; \ extern type##_& get##type() { static type##_ instance; return instance; } \ type##_::type##__() {} ``` 总结来说，C++设计模式中的单例模式提供了控制对象实例数量和生命周期的有效手段，适用于诸如日志模块等需要全局访问的场景。通过选择合适的实现方式，开发者可以在满足设计原则的同时，兼顾性能和线程安全性。