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C++单例模式的实现

news 2025/7/8 5:50:25

单例模式就是在整个程序运行期都只有一个实例。在代码实现方面，我们要限制new出多于一个对象这种情况的发生。而不是仅仅依靠无保障的约定。

目前大多数的编程语言的做法都是私有化构造函数，对外提供一个获取实例的接口。这样做的目的使实例的创建不能在类外部完成，这样我们只需要在内部保障实例只创建一次即可。我们用一个例子来说明C++的单例：

#include <iostream>
using namespace std;class TestCls{private:TestCls(){} // 构造函数私有化，在外部就无法通过new运算符创建新实例// 声明单例里的指针，static的成员在这里只是声明，它的初始化还没有完成static TestCls *m_instance;public:~TestCls(){//析构函数cout << "TestCls is destroying" << endl;}// 对外暴露一个接口获得单例static TestCls* getinstance(){if(m_instance == NULL){// new出来的对象，一定要用delete运算符删除对应的指针m_instance = new TestCls();// 巧妙的地方static MyGC mygc;}return m_instance;}void test(){cout << "test" << endl;}// 在单例里再定义一个内部类class MyGC {public:~MyGC(){//在内部类的析构函数里delete掉单例if(TestCls::m_instance){delete TestCls::m_instance;TestCls::m_instance = NULL;}}};
};// static 成员的初始化
TestCls * TestCls::m_instance = NULL;int main(){//获取单例TestCls * ptr = TestCls::getinstance();cout << ptr << endl;ptr = TestCls::getinstance();cout << ptr <<endl;return 0;
}

定义单例基本上来说是很简单的，就是先私有化构造函数，单例内部new出这个实例，并对外提供获取实例的接口。在这里我想特别分享一下，为什么要弄一个内部类的作用。

目的只有一个就是当程序退出时主动delete掉实例。其次new出来的指针要主动delete掉，malloc出来的东西要主动free掉，这些是编程的好习惯。

我在new出单例时，初始化一个内部类static MyGC mygc; 带上static关键字后，它的生命周期会一直持续到程序退出，因为这个对象不是new也不是malloc出来的，所有它就不会在堆内存里，它会在静态代码区，而单例是new出来的它就在堆内存里。在程序退出时，就会调用内部类的析构函数，这样我们就可以借此delete掉单例。这是一个很巧妙的使用。

C++单例的增强

前面的代码中我们可以看到每个线程调用getinstance()都会先判断是否空，是的话就new一个新的实例。实际上，我们可以改进一下这段代码，C++11提供了call_once的功能，就是说这个功能可以让某个函数只被调用一次。那么我们可以将创建单例的代码，抽象成一个方法，并使用这个方法只被调用一次，这能给我们带来什么好处呢？

我们上面的代码可能没有解决好在多线程中，这个单例的初始化需要互斥的问题。也就是说可能存在多个线程在同时初始化这个实例。一般的做法就是给初始化的代码块加锁，即：

m_mutex.lock();
if(m_instance == NULL){m_instance = new TestCls();static MyGC mygc;
}
m_mutex.unlock();

现在用c++11提供的call_once函数功能就可以轻松解决这个初始化需要互斥的问题。调整过的部分：

once_flag gflag;
class TestCls{private:...static void createinstance(){if(m_instance == NULL) {m_instance = new TestCls();static MyGC mygc;}}public:...static TestCls* getinstance(){call_once(gflag,createinstance);return m_instance;}......
};

我们还可以再提高一些效率：

once_flag gflag;
class TestCls{private:...static void createinstance(){if(m_instance == NULL) {m_instance = new TestCls();static MyGC mygc;}}public:...static TestCls* getinstance(){if(m_instance == NULL) { // 进一步提高效率call_once(gflag,createinstance);}return m_instance;}......
};