单例模式通过静态成员和函数确保类唯一实例并提供全局访问。1. 懒汉模式延迟初始化,C++11后静态局部变量实现线程安全;2. 饿汉模式程序启动时初始化,避免运行时开销;3. 单例常用于管理配置、日志等共享资源;4. 析构顺序需注意,可手动管理生命周期。推荐现代C++使用局部静态变量实现懒汉模式。
单例模式确保一个类只有一个实例,并提供全局访问点。在C++中,结合静态成员变量和静态成员函数可以很好地实现这一模式,同时实现对资源的统一管理。
懒汉模式:延迟初始化
懒汉模式在第一次使用时才创建实例,节省资源。需要考虑线程安全问题。
基本实现:
使用静态局部变量可自动保证线程安全(C++11起):
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class Singleton { private: Singleton() = default; // 禁止外部构造 Singleton(const Singleton&) = delete; // 禁止拷贝 Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; public: static Singleton& getInstance() { static Singleton instance; // 局部静态变量,首次调用时初始化 return instance; } void doSomething() { // 业务逻辑 } };
这种写法简洁且线程安全,推荐在现代C++中使用。
饿汉模式:程序启动时初始化
饿汉模式在程序启动时就创建实例,避免运行时加锁,适合对启动时间不敏感的场景。
实现方式:
使用类内静态成员变量或静态函数内的静态变量:
class Singleton { private: Singleton(); static Singleton instance; // 在cpp文件中定义 public: static Singleton& getInstance() { return instance; } };
在cpp文件中定义:
Singleton Singleton::instance; // 构造函数会被自动调用
这种方式不依赖运行时检查,适用于需要确定初始化顺序或避免动态初始化问题的场景。
静态成员管理共享资源
单例常用于管理日志、配置、连接池等全局资源。通过静态接口提供统一访问。
例如,管理数据库连接:
class ConfigManager { private: std::map<std::string, std::string> config; static ConfigManager instance; ConfigManager() { // 从文件加载配置 config["host"] = "localhost"; config["port"] = "8080"; } public: static ConfigManager& get() { return instance; } std::string getOption(const std::string& key) { auto it = config.find(key); return it != config.end() ? it->second : ""; } };
外部直接调用
ConfigManager::get().getOption("host")
获取配置,无需传递对象。
析构与生命周期控制
单例的析构顺序可能引发问题,特别是跨多个单例相互引用时。
局部静态变量的析构由运行时管理,按构造逆序销毁。若需手动控制,可增加释放接口:
class Singleton { private: Singleton() {} static std::unique_ptr<Singleton> instance; public: static Singleton& getInstance() { if (!instance) { instance = std::make_unique<Singleton>(); } return *instance; } static void destroy() { instance.reset(); } };
适用于需要显式释放资源的场景,如插件卸载、测试重置等。
基本上就这些。选择懒汉还是饿汉取决于初始化时机和线程安全需求,配合静态成员函数提供简洁接口,是C++中管理全局状态的有效方式。