C++单例模式

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。

class CSingleton
{
public:
static CSingleton* GetInstance()
{
if ( m_pInstance == NULL )
m_pInstance = new CSingleton();
return m_pInstance;
}
private:
CSingleton(){}; //构造函数为私有，只能被类的成员函数调用，防止其被实例化
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。

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。

第一种方法：

class CSingleton
{
private:
CSingleton()
{
}
public:
static CSingleton * GetInstance()
{
static CSingleton instance;
return &instance;
}
};

第二种方法：

class CSingleton
{
private:
CSingleton()   //构造函数是私有的
{
}
CSingleton(const CSingleton &);
CSingleton & operator = (const CSingleton &);
public:
static CSingleton & GetInstance()
{
static CSingleton instance;   //局部静态变量
return instance;
}
};

饿汉式是线程安全的,当第一次调用GetInstance函数会创建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 - - 多线程访问下结果可期，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。

在懒汉式的单例类中，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，所以懒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。

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;
}

双重检查加锁

我们可以针对上面一种加同步锁的方法进行优化。

因为只有当实例还没有创建之前需要进行加锁操作，以保证只有一个线程创建出实例。而当实例已经被创建出之后，就不需要再做加锁操作了。
优化后的代码如下：

class SingletonPattern{
private:
static SingletonPattern *instance;//静态类型的实例
SingletonPattern(){}//构造函数

public:
static SingletonPattern *getInstance(){
if (NULL == instance)//延迟初始策略
{
Lock();//加锁函数
if (NULL == instance)
{
instance = new SingletonPattern();
}
UnLock();//释放锁函数
}
return instance;
}
};