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单例模式

单例模式(Singleton Pattern，也称为单件模式)，使用最广泛的设计模式之一。其意图是保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。

定义单例类

● 私有化它的构造函数，以防止外界创建单例类的对象；

● 使用类的私有静态指针变量指向类的唯一实例；

● 使用一个公有的静态方法获取该实例。

懒汉版

单例实例在第一次被使用时才进行初始化，这叫做延迟初始化。

class Singleton
{
private:static Singleton* instance;
private:Singleton() {};Singleton(const Singleton&);
public:static Singleton* getInstance(){if (instance == NULL)instance = new Singleton();return instance;}
};
Singleton* Singleton::instance = NULL;

饿汉模式

class Singleton {
public:static Singleton * getInstance() {return instance_;}
private:Singleton();Singleton(const Singleton&);static Singleton* instance_;
};
Singleton* Singleton::instance_ = new Singleton();

       懒汉式单例模式是一种延迟加载的单例模式，在需要时才创建实例。在多线程环境下，需要保证线程安全，避免多个线程同时创建实例。以下是一个线程安全的懒汉式单例模式的C++实现：

#include <mutex>class Singleton {
private:static Singleton* instance;static std::mutex mtx;// 私有构造函数，防止外部创建实例Singleton() {}public:// 获取单例实例的静态方法static Singleton* getInstance() {// 使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）保证线程安全且避免不必要的锁开销if (instance == nullptr) {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 加锁保护if (instance == nullptr) {instance = new Singleton();}}return instance;}// 禁止拷贝构造函数和赋值操作符Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};// 在类外初始化静态成员变量
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mtx;

       在上述代码中，我们使用了std::mutex来保护实例的创建过程，确保在多线程环境下只有一个线程能够创建实例。std::lock_guard用于自动管理锁的加锁和解锁，确保在函数返回时会自动解锁。

需要注意的是，由于需要保证单例对象唯一性，我们还禁止了拷贝构造函数和赋值操作符，以防止通过拷贝或赋值操作创建多个实例。

这样实现的懒汉式单例模式是线程安全的，但在某些情况下，双重检查锁定可能会导致一些性能问题。在现代C++中，还可以使用C++11引入的局部静态变量来实现线程安全的懒汉式单例模式，可以进一步简化代码并避免潜在的性能问题。

       当使用C++局部静态变量实现懒汉式单例模式时，我们在getInstance()方法中使用了局部静态变量。局部静态变量是在第一次执行该代码行时初始化，并且在程序的整个生命周期内保持其值，直到程序结束。这样的特性使得局部静态变量非常适合实现懒汉式单例模式，因为它们能够确保只有在第一次调用getInstance()方法时才会创建实例，以后的调用都会返回同一个实例。

以下是使用局部静态变量实现懒汉式单例模式的代码：

class Singleton {
private:// 私有构造函数，防止外部创建实例Singleton() {}public:// 获取单例实例的静态方法static Singleton* getInstance() {static Singleton instance; // 局部静态变量，在第一次调用时初始化，且只初始化一次return &instance;}// 禁止拷贝构造函数和赋值操作符Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};

为什么这样写？

这种实现方式是线程安全的，原因如下：

1. C++11规定，局部静态变量在多线程环境下的初始化是线程安全的。编译器会保证在多线程环境下，局部静态变量的初始化只会发生一次，避免了多线程并发调用时重复创建实例的问题。

2. 在调用getInstance()方法时，局部静态变量instance会被初始化，并在整个程序生命周期内保持其值。这保证了只有在第一次调用getInstance()方法时，才会创建实例并返回，以后的调用都将返回同一个实例。

需要注意的是，使用局部静态变量实现懒汉式单例模式不会涉及锁的使用，因此在性能上通常比双重检查锁定方式更高效。这是一种简洁且安全的单例模式实现方式。