C++实现单例模式（包括采⽤C++11中的智能指针）
对于设计模式来说，以前只是看过基础的理论，很多都没有实现和使⽤过。这段时间看到了别⼈C++代码中使⽤了单例模式，发现了很多新的东西，特此总结记录⼀下。说话⽐较啰嗦，希望由浅⼊深，帮助⼤家理解！
单例模式，顾名思义，即⼀个类只有⼀个实例对象。C++⼀般的⽅法是将构造函数、拷贝构造函数以及赋值操作符函数声明为private级别，从⽽阻⽌⽤户实例化⼀个类。那么，如何才能获得该类的对象呢？这时，需要类提供⼀个public&static的⽅法，通过该⽅法获得这个类唯⼀的⼀个实例化对象。这就是单例模式基本的⼀个思想。
下⾯⾸先讨论不考虑线程安全的问题（即：单线程环境），这样能体现出单例模式的本质思想。常见的单例模式分为两种：
1、饿汉式：即类产⽣的时候就创建好实例对象，这是⼀种空间换时间的⽅式
2、懒汉式：即在需要的时候，才创建对象，这是⼀种时间换空间的⽅式
⾸先说⼀下饿汉式：饿汉式的对象在类产⽣的时候就创建了，⼀直到程序结束才释放。即对象的⽣存周期和程序⼀样长，因此 该实例对象需要存储在内存的全局数据区，故使⽤static修饰。代码如下(注：类
的定义都放在了⼀个头⽂件CSingleton.h中，为了节省空间，该类有些实现和定义就放在测试的主⽂件中，没有单独创建⼀个CSingleton.cpp⽂件)：
头⽂件：
// 饿汉式单例的实现
#ifndef C_SINGLETON_H
#define C_SINGLETON_H
#include<iostream>
using namespace std;
class CSingleton
{
private:
CSingleton(){ cout << "单例对象创建！" << endl; };
CSingleton(const CSingleton &);
CSingleton& operator=(const CSingleton &);
~CSingleton(){ cout << "单例对象销毁！" << endl; };
static CSingleton myInstance; // 单例对象在这⾥！
public:
static CSingleton* getInstance()
{
return &myInstance;
}
};
#endif
源⽂件：
//主⽂件，⽤于测试⽤例的⽣成
#include<iostream>
#include"CSingleton.h"
using namespace std;
CSingleton CSingleton::myInstance;
int main()
{
CSingleton *ct1 = CSingleton::getInstance();
CSingleton *ct2 = CSingleton::getInstance();
CSingleton *ct3 = CSingleton::getInstance();
return 0;
}
对于饿汉式来说，是 线程安全的。运⾏结果如下所⽰：
能够看出，类的实例只有⼀个，并且正常销毁。这⾥，问题来了如果在类⾥⾯的定义改成如下形式：
// 饿汉式单例的实现
#ifndef C_SINGLETON_H
#define C_SINGLETON_H
#include<iostream>
using namespace std;
class CSingleton
{
private:
CSingleton(){ cout << "单例对象创建！" << endl; };
CSingleton(const CSingleton &);
CSingleton& operator=(const CSingleton &);
~CSingleton(){ cout << "单例对象销毁！" << endl; };
static CSingleton *myInstance; // 这⾥改了！
public:
static CSingleton* getInstance()
{
return myInstance; // 这⾥也改了！
}
};
#endif
同样源⽂件改成如下：
//主⽂件，⽤于测试⽤例的⽣成
#include<iostream>
#include"CSingleton.h"
using namespace std;
CSingleton * CSingleton::myInstance=new CSingleton();
单例模式的几种实现方式int main()
{
CSingleton *ct1 = CSingleton::getInstance();
CSingleton *ct2 = CSingleton::getInstance();
CSingleton *ct3 = CSingleton::getInstance();
return 0;
}
结果如下：
咦！怎么没有进⼊析构函数？这⾥就有问题了，如果单例模式的类中申请了其他资源，就⽆法释放，导致内存泄漏！
原因：此时全局数据区中，存储的并不是⼀个实例对象，⽽是⼀个实例对象的指针，即⼀个地址变量⽽已！实例对象呢？在堆区，因为是通过new得来的！虽然这样能够减⼩全局数据区的占⽤，把实例对象这⼀⼤坨都放到堆区。可是！如何释放资源呢？
⾸先能想到的第⼀个⽅法：我⾃⼰⼿动释放呀！我在程序结束的时候delete不就可以了？对！这是可以的，程序如下：
// 饿汉式单例的实现
#ifndef C_SINGLETON_H
#define C_SINGLETON_H
#include<iostream>
using namespace std;
class CSingleton
{
private:
CSingleton(){ cout << "单例对象创建！" << endl; };
CSingleton(const CSingleton &);
CSingleton& operator=(const CSingleton &);
~CSingleton(){ cout << "单例对象销毁！" << endl; };
static CSingleton *myInstance;
public:
static CSingleton* getInstance()
{
return myInstance;
}
static void releaseInstance() // 这⾥加了个⽅法
{
delete myInstance;
}
};
#endif
源⽂件：
//主⽂件，⽤于测试⽤例的⽣成
#include<iostream>
#include"CSingleton.h"
using namespace std;
CSingleton * CSingleton::myInstance=new CSingleton();
int main()
{
CSingleton *ct1 = CSingleton::getInstance();
CSingleton *ct2 = CSingleton::getInstance();
CSingleton *ct3 = CSingleton::getInstance();
CSingleton::releaseInstance(); // ⼿动释放
return 0;
}
运⾏结果如下
运⾏结果没问题！可是，要是我写着写着我忘记了，没有显式调⽤释放的函数怎么办？如果有⼀个⾃动释放的⽅法就好了！ 天⽆绝⼈之路，⽅法⼆如下：
// 饿汉式单例的实现
#ifndef C_SINGLETON_H
#define C_SINGLETON_H
#include<iostream>
using namespace std;
class CSingleton
{
private:
CSingleton(){ cout << "单例对象创建！" << endl; };
CSingleton(const CSingleton &);
CSingleton& operator=(const CSingleton &);
~CSingleton(){ cout << "单例对象销毁！" << endl; };
static CSingleton *myInstance;
public:
static CSingleton* getInstance()
{
return myInstance;
}
private:
// 定义⼀个内部类
class CGarbo{
public:
CGarbo(){};
~CGarbo()
{
if (nullptr != myInstance)
{
delete myInstance;
myInstance = nullptr;
}
}
};
// 定义⼀个内部类的静态对象
// 当该对象销毁时，顺带就释放myInstance指向的堆区资源
static CGarbo m_garbo;
};
#endif
源⽂件如下：
//主⽂件，⽤于测试⽤例的⽣成
#include<iostream>
#include"CSingleton.h"
using namespace std;
CSingleton * CSingleton::myInstance=new CSingleton();
CSingleton::CGarbo CSingleton::m_garbo; // 注意这⾥
int main()
{
CSingleton *ct1 = CSingleton::getInstance();
CSingleton *ct2 = CSingleton::getInstance();
CSingleton *ct3 = CSingleton::getInstance();
return 0;
}
运⾏结果如下：
可见能够正常释放堆区申请的资源了！问题解决！这⾥⼜会想到，C++11中把boost库中的智能指针变成标准库的东西。智能指针可以在引⽤计数为0的时候⾃动释放内存，⽅便使⽤者管理内存，为什么不尝试⽤⼀下智能指针呢？现在修改代码如下（不可以正常运⾏）：
// 饿汉式单例的实现
#ifndef C_SINGLETON_H
#define C_SINGLETON_H
#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;
class CSingleton
{
private:
CSingleton(){ cout << "单例对象创建！" << endl; };
CSingleton(const CSingleton &);
CSingleton& operator=(const CSingleton &);
~
CSingleton(){ cout << "单例对象销毁！" << endl; };
static shared_ptr<CSingleton> myInstance;
public:
static shared_ptr<CSingleton> getInstance()
{
return myInstance;
}
};
#endif
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