设计模式之单例模式（Singleton）

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实际中存在这样的场景：对于系统中的某些类来说，确保只有一个实例很重要，例如，一个系统只能有一个窗口管理器或文件系统，软件的全局配置信息应该只有一份。单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。全局变量虽然可以确保对象随时都可以被访问，但不能防止我们实例化多个对象。这里介绍几种单例模式的C++实现：

懒汉模式

所谓懒汉模式就是第一次调用 getInstance() 时才产生对象，用到的时候才创建显得比较懒。

方法一： 使用局部静态变量，在C++0x之后才能保证 static 变量构造的线程安全性

class Singleton
{
public:
    static Singleton& getInstance()
    {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }

private:
    Singleton() { }
    Singleton(const Singleton&);
    Singleton& operator=(const Singleton&);
};

注意：这种方法在C++0x之前仍然需要加锁保护。这里将默认构造函数、拷贝构造函数和 operator= 都设为 private，防止在类作用域外的构造和赋值；而且拷贝构造函数和 operator= 都不实现，使得即使在友元类中也无法进行拷贝构造和赋值。

方法二：使用静态成员变量（指针），注意使用互斥锁并且 double-check

class Singleton
{
public:
    static Singleton *getInstance()
    {
        if (instance_ == NULL) {
            MutexLockGuard lock(mutex_); // stack object of critical section

            if (instance_ == NULL) {
                instance_ = new Singleton();
            }
        }
        return instance_;
    }

private:
    Singleton() { }
    Singleton(const Singleton&);
    Singleton& operator=(const Singleton&);

    MutexLock& mutex_; // RAII wrapper of mutex
    static Singleton *instance_;
};

Singleton *Singleton::instance_ = NULL;

注意：在类的作用域之外不能再使用 static 修饰其成员。该方法使用 RAII 封装的互斥锁 MutexLock，并使用 MutexLockGuard 栈上对象封装临界区。double-check 应对多个线程同时通过第一个 if 的情况。程序结束的时候，操作系统应该能够回收 new 申请的内存，也可以再利用 RAII 回收这部分内存（在 private 域添加如下代码即可）：

class GarbageCollector()
{
public:
    ~GarbageCollector()
    {
        if (Singleton::instance_) {
            delete Singleton::instance_;
            Singleton::instance_ == NULL;
        }
    }
}

static GarbageCollector garb;

饿汉模式

相对于懒汉模式，饿汉模式是在类加载的时候就完成了单例对象的创建，像人饿了看到东西先吃了再说。

class Singleton
{
public:
    static Singleton *getInstance()
    { return instance_; }

private:
    Singleton() { }
    Singleton(const Singleton&);
    Singleton& operator=(const Singleton&);

    static Singleton *instance_;
};

Singleton *Singleton::instance_ = new Singleton();

注意：饿汉模式创建单例对象时不存在多线程 race condition，所以不用加锁保护。同样可以使用上面描述的 GarbageCollector 类回收内存。

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