C++ 单例模式(懒汉、饿汉模式)

1、简单的单例模式实现

2、C++的构造函数不是线程安全的，所以上述代码在多线程的情况下是不安全的，原因是new Singelton时，这句话不是原子的，比如一个线程执行了new的同时，另一个线程对if进行判断（此时实例还没被创建出来）。在windows下模拟：

#include <iostream>
#include <process.h>
#include <windows.h>
using namespace std;

class Singelton{
private:
    Singelton(){
		m_count ++;
		printf("Singelton begin
");
		Sleep(1000);							// 加sleep为了放大效果
		printf("Singelton end
");
	}
    static Singelton *single;
public:
    static Singelton *GetSingelton();
	static void print();
	static int m_count;
};

Singelton *Singelton::single = nullptr;
int Singelton::m_count = 0;

Singelton *Singelton::GetSingelton(){
    if(single == nullptr){
        single = new Singelton;
    }
    return single;
}

void Singelton::print(){
	cout<<m_count<<endl;
}
// 回调函数
void threadFunc(void *p){
    DWORD id = GetCurrentThreadId();		// 获得线程id
	 cout<<id<<endl;
	Singelton::GetSingelton()->print();		// 构造函数并获得实例，调用静态成员函数
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int threadNum = 3;
    HANDLE threadHdl[100];
    
    // 创建3个线程
    for(int i = 0; i<threadNum; i++){
        threadHdl[i] = (HANDLE)_beginthread(threadFunc, 0, nullptr);
    }
    
    // 让主进程等待所有的线程结束后再退出
    for(int i = 0; i<threadNum; i++){
        WaitForSingleObject(threadHdl[i], INFINITE);
    }
	cout<<"main"<<endl;					// 验证主进程是否是最后退出
    return 0;
}

　　运行结果：

该单例模式也称为懒汉式单例。

懒汉：故名思义，不到万不得已就不会去实例化类，也就是说在第一次用到类实例的时候才会去实例化。与之对应的是饿汉式单例。（注意，懒汉本身是线程不安全的，如上例子）

饿汉：饿了肯定要饥不择食。所以在单例类定义的时候就进行实例化。（本身就是线程安全的，如下例子）

关于如何选择懒汉和饿汉模式：

特点与选择：

　　懒汉：在访问量较小时，采用懒汉实现。这是以时间换空间。

　　饿汉：由于要进行线程同步，所以在访问量比较大，或者可能访问的线程比较多时，采用饿汉实现，可以实现更好的性能。这是以空间换时间。

3、饿汉式的单例实现

#include <iostream>
#include <process.h>
#include <windows.h>
using namespace std;

class Singelton{
private:
    Singelton(){
		m_count ++;
		printf("Singelton begin
");
		Sleep(1000);							// 加sleep为了放大效果
		printf("Singelton end
");
	}
    static Singelton *single;
public:
    static Singelton *GetSingelton();
	static void print();
	static int m_count;
};
// 饿汉模式的关键：初始化即实例化
Singelton *Singelton::single = new Singelton;
int Singelton::m_count = 0;

Singelton *Singelton::GetSingelton(){
    // 不再需要进行实例化
    //if(single == nullptr){
    //    single = new Singelton;
    //}
    return single;
}

void Singelton::print(){
	cout<<m_count<<endl;
}
// 回调函数
void threadFunc(void *p){
    DWORD id = GetCurrentThreadId();		// 获得线程id
	 cout<<id<<endl;
	Singelton::GetSingelton()->print();		// 构造函数并获得实例，调用静态成员函数
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int threadNum = 3;
    HANDLE threadHdl[100];
    
    // 创建3个线程
    for(int i = 0; i<threadNum; i++){
        threadHdl[i] = (HANDLE)_beginthread(threadFunc, 0, nullptr);
    }
    
    // 让主进程等待所有的线程结束后再退出
    for(int i = 0; i<threadNum; i++){
        WaitForSingleObject(threadHdl[i], INFINITE);
    }
	cout<<"main"<<endl;					// 验证主进程是否是最后退出
    return 0;
}

　　运行结果：

4、线程安全的懒汉式单例的实现

饿汉式会提前浪费我们的内存空间以及资源，如果有项目中要求我们在使用到实例的时候再去实例化，则还是需要使用懒汉式。

class singleton
{
protected:
    singleton()
    {
        // 初始化
        pthread_mutex_init(&mutex);
    }
private:
    static singleton* p;
public:
    static pthread_mutex_t mutex;
    static singleton* initance();
};

pthread_mutex_t singleton::mutex;
singleton* singleton::p = NULL;
singleton* singleton::initance()
{
    if (p == NULL)
    {
        // 加锁
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (p == NULL)
            p = new singleton();
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return p;
}    

　　需要注意的是：上面进行的两次if(p == NULL)的检查，因为当获得了实例之后，有了外层的判断之后，就不会再进入到内层判断，即不会再进行lock以及unlock的操作。