1.概述

使用设计模式可以提高代码的可复用性、可扩充性和可维护性。单例模式（Singleton Pattern），确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

有一些类对象我们只需要一个，比方说线程池（threadpool）、缓存（cache）、对话框、注册表（registry）、日志对象，充当打印机、显卡等设备的驱动程序的对象。此时，可以使用单例模式。

单例模式类图结构：

2.简单实现

单例模式可以直接用一个全局变量，但这样的代码不够优雅，而且不能保证只能创建一个对象，也就是说除了一个全局实例外，仍然可以创建多个类的实例。《设计模式》一书中给出了一种很不错的实现，定义一个单例类，使用类的私有静态指针变量指向类的唯一实例，并用一个公有静态方法获取该实例。即便如此，对具体实现的细节的不同处理，单例模式有多种不同的实现方式，多种写法各有利弊，下面请看C++单例模式。

（1）急切式

class Singleton {private:Singleton(){}   //构造函数私有static Singleton pInstance;
public:static Singleton* getInstance(){return &pInstance;}
};
Singleton Singleton::pInstance;  //定义静态类对象

这种方式在进入main函数前就完成了类对象的定义，避免了多线程的同步问题，但是没有做到需要类对象时才定义，没有达到“懒惰实例化”的效果。

（2）懒惰式（线程不安全）

class Singleton{private:Singleton(){}   //构造函数私有static Singleton* pInstance;
public:static Singleton* getInstance(){if (pInstance == NULL)  //判断是否第一次调用  pInstance = new Singleton();return pInstance;}
};
Singleton* Singleton::pInstance=NULL;

这种方式延迟了类对象的实例化，在需要的时候再实例化。但上面因为没有线程同步操作，所以存在多线程不安全隐患，多个线程同时调用getInstance()时可能会创建多个类对象。

（3）懒惰式（线程安全）

HANDLE hMutex;
//使用互斥对象迁，先创建互斥对象
hMutex = CreateMutex( NULL,         //默认安全级别  FALSE,        //创建它的线程不拥有互斥对象  NULL);        //没有名字
class Singleton{private:Singleton(){}   //构造函数私有static Singleton* pInstance;
public:static Singleton* getInstance(){WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);  //上锁if (pInstance == NULL)  //判断是否第一次调用  pInstance = new Singleton();ReleaseMutex(hMutex);   //解锁return pInstance;}
};
Singleton* Singleton::pInstance=NULL;

这种写法能够在多线程中很好的工作，但是每次调用getInstance方法时都需要进行同步，造成不必要的同步开销，而且只有第一次创建类对象时才需要同步，所以不建议用这种写法。

（4）双重检查加锁式（Double-checked Locking，DCL）

HANDLE hMutex;
hMutex = CreateMutex( NULL,FALSE,NULL);class Singleton{private:Singleton(){}   //构造函数私有static Singleton* pInstance;
public:static Singleton* getInstance(){if (pInstance == NULL){        //判断是否第一次调用  WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);  //上锁if (pInstance == NULL)  pInstance = new Singleton();ReleaseMutex(hMutex);   //解锁}return pInstance;}
};
Singleton* Singleton::pInstance=NULL;

这种写法在getInstance()方法中进行了两次判空，第一次为了不必要的同步，第二次是在pInstance等于NULL的情况下才创建实例，同步操作实际上只发生了一次，大大提高了效率。

（5）局部静态变量式

class Singleton {private:Singleton(){}   //构造函数私有
public:static Singleton* getInstance(){static Singleton instance;return &instance;}
};

使用局部静态变量，非常巧妙的方法，完全实现了单例的特性，而且代码简洁优雅。

这里要注意一个问题，如果getInstance()函数返回的是类对象引用，会出现类拷贝的问题，这就违背了单例的特性。产生这个问题原因在于：编译器会为类生成一个默认的拷贝构造函数。例如下面的代码就会有问题：

Singleton singleton = Singleton::getInstance(); //getInstance()返回对象引用

解决办法是禁止编译器生成默认拷贝构造函数，或将其显示申明为私有，且使用引用接收返回的对象引用。

class Singleton {private:Singleton(){}   //构造函数私有Singleton(const Singleton&)=delete;    //禁止拷贝构造函数
public:static Singleton& getInstance(){static Singleton instance;return instance;}
};//使用引用接收返回的对象引用
Singleton& singleton=Singleton::getInstance();

3.小结

（1）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。
（2）在确保程序中某个类只有一个实例时，请采用单例模式，且推荐局部静态变量式写法。

有新的实现方法，会继续补充，欢迎网友留言指教！

参考文献

[1] C++中的单例模式
[2] 设计模式（二）单例模式的七种写法
[3] Head First 设计模式（中文版）

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