三种单例模式的C++实现

简介

因为在设计或开发中，肯定会有这么一种情况，一个类只能有一个对象被创建，如果有多个对象的话，可能会导致状态的混乱和不一致。这种情况下，单例模式是最恰当的解决办法。它有很多种实现方式，各自的特性不相同，使用的情形也不相同。今天要实现的是常用的三种，分别是饿汉式、懒汉式和多线程式。

通过单例模式，可以做到：

1. 确保一个类只有一个实例被建立
2. 提供了一个对对象的全局访问指针
3. 在不影响单例类的客户端的情况下允许将来有多个实例

懒汉式

懒汉式的特点是延迟加载，比如配置文件，采用懒汉式的方法，顾名思义，懒汉么，很懒的，配置文件的实例直到用到的时候才会加载。。。。。。

[cpp] view plaincopy  
 class CSingleton  
 {  
 public:  
 static CSingleton* GetInstance()  
 {  
      if ( m_pInstance == NULL )    
          m_pInstance = new CSingleton();  
      return m_pInstance;  
 }  
 private:  
     CSingleton(){};  
     static CSingleton * m_pInstance;  
 };  

GetInstance()使用懒惰初始化，也就是说它的返回值是当这个函数首次被访问时被创建的。这是一种防弹设计——所有GetInstance()之后的调用都返回相同实例的指针：
CSingleton* p1 = CSingleton :: GetInstance();
CSingleton* p2 = p1->GetInstance();
CSingleton & ref = * CSingleton :: GetInstance();
对GetInstance稍加修改，这个设计模板便可以适用于可变多实例情况，如一个类允许最多五个实例。

代码很简单，但是会存在内存泄漏的问题，new出来的东西始终没有释放，下面是一种饿汉式的一种改进。

[cpp] view plaincopy  
 class CSingleton    
 {    
 private:    
     CSingleton()    
     {    
     }    
     static CSingleton *m_pInstance;    
     class CGarbo     
     {    
     public:    
         ~CGarbo()    
         {    
             if(CSingleton::m_pInstance)    
                 delete CSingleton::m_pInstance;    
         }    
     };    
     static CGarbo Garbo;     
 public:    
     static CSingleton * GetInstance()    
     {    
         if(m_pInstance == NULL)    
             m_pInstance = new CSingleton();    
         return m_pInstance;    
     }    
 };    

　在程序运行结束时，系统会调用CSingleton的静态成员Garbo的析构函数，该析构函数会删除单例的唯一实例。使用这种方法释放单例对象有以下特征：
1.在单例类内部定义专有的嵌套类。
2.在单例类内定义私有的专门用于释放的静态成员。
3.利用程序在结束时析构全局变量的特性，选择最终的释放时机。

饿汉式

饿汉式的特点是一开始就加载了，如果说懒汉式是“时间换空间”，那么饿汉式就是“空间换时间”，因为一开始就创建了实例，所以每次用到的之后直接返回就好了。

[cpp] view plaincopy  
 class CSingleton    
 {    
 private:    
     CSingleton()      
     {    
     }    
 public:    
     static CSingleton * GetInstance()    
     {    
         static CSingleton instance;     
         return &instance;    
     }    
 };    

饿汉式是线程安全的,在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变，懒汉式如果在创建实例对象时不加上synchronized则会导致对对象的访问不是线程安全的。

注：线程安全的通俗解释 - 不管多个线程是怎样的执行顺序和优先级,或是wait,sleep,join等控制方式，如果一个类在多线程访问下运转一切正常，并且访问类不需要进行额外的同步处理或者协调，那么我们就认为它是线程安全的。线程安全的类应当封装了所有必要的同步操作，调用者无需额外的同步。还有一点：无状态的类永远是线程安全的。

在饿汉式的单例类中，其实有两个状态，单例未初始化和单例已经初始化。假设单例还未初始化，有两个线程同时调用GetInstance方法，这时执行 m_pInstance == NULL 肯定为真，然后两个线程都初始化一个单例，最后得到的指针并不是指向同一个地方，不满足单例类的定义了，所以饿汉式的写法会出现线程安全的问题！在多线程环境下，要对其进行修改。

多线程下的单例模式

这里要处理的是懒汉模式。

[cpp] view plaincopy  
 class Singleton  
 {  
 private:  
     static Singleton* m_instance;  
     Singleton(){}  
 public:  
     static Singleton* getInstance();  
 };  
   
 Singleton* Singleton::getInstance()  
 {  
     if(NULL == m_instance)  
     {  
         Lock();//借用其它类来实现，如boost  
         if(NULL == m_instance)  
         {  
             m_instance = new Singleton;  
         }  
         UnLock();  
     }  
     return m_instance;  
 }  