C++ 单例模式
单例模式（Singleton Pattern）
一、核心定义
单例模式是创建型设计模式，确保一个类有且只有一个实例，并提供一个全局访问点获取该实例。
二、核心特点
- 一个类只能创建唯一对象
- 自行创建实例
- 向整个系统提供这个实例
- 无参构造函数私有化
- 禁止拷贝、禁止赋值
三、使用场景
- 日志管理器
- 配置文件读取
- 数据库连接池
- 线程池、缓存、打印机池
- 全局唯一的工具类
四、C++ 单例模式 5 种标准实现（可直接编译）
实现 1：饿汉式（最简单、线程安全）
程序启动时就创建实例，天生线程安全，无多线程问题。
#include<iostream>usingnamespacestd;classSingleton{public:// 全局访问点staticSingleton&getInstance(){returninstance;}voidshow(){cout<<"饿汉式单例"<<endl;}// 禁止拷贝、禁止赋值Singleton(constSingleton&)=delete;Singleton&operator=(constSingleton&)=delete;private:// 构造私有Singleton(){}// 程序启动就初始化staticSingleton instance;};// 静态变量初始化Singleton Singleton::instance;intmain(){Singleton&s1=Singleton::getInstance();Singleton&s2=Singleton::getInstance();cout<<&s1<<endl;cout<<&s2<<endl;// 地址相同return0;}优点：简单、线程安全
缺点：不用也会创建，可能浪费资源
实现 2：懒汉式（基础版，非线程安全）
第一次使用时才创建实例。
#include<iostream>usingnamespacestd;classSingleton{public:staticSingleton*getInstance(){if(instance==nullptr){instance=newSingleton();}returninstance;}voidshow(){cout<<"懒汉式单例"<<endl;}Singleton(constSingleton&)=delete;Singleton&operator=(constSingleton&)=delete;private:Singleton(){}staticSingleton*instance;};Singleton*Singleton::instance=nullptr;intmain(){Singleton*s1=Singleton::getInstance();Singleton*s2=Singleton::getInstance();return0;}注意：多线程不安全，高并发会创建多个实例
实现 3：线程安全懒汉式（加锁）
C++11 线程安全版本
#include<iostream>#include<mutex>usingnamespacestd;mutex mtx;classSingleton{public:staticSingleton*getInstance(){lock_guard<mutex>lock(mtx);if(instance==nullptr){instance=newSingleton();}returninstance;}Singleton(constSingleton&)=delete;Singleton&operator=(constSingleton&)=delete;private:Singleton(){}staticSingleton*instance;};Singleton*Singleton::instance=nullptr;实现 4：双检查锁 DCL（高性能线程安全）
企业最常用
#include<iostream>#include<mutex>usingnamespacestd;classSingleton{public:staticSingleton*getInstance(){if(instance==nullptr){lock_guard<mutex>lock(mtx);if(instance==nullptr){instance=newSingleton();}}returninstance;}Singleton(constSingleton&)=delete;Singleton&operator=(constSingleton&)=delete;private:Singleton(){}staticSingleton*instance;staticmutex mtx;};Singleton*Singleton::instance=nullptr;mutex Singleton::mtx;实现 5：C++11 最优方案 Meyers 单例（推荐！）
最简单、线程安全、无内存泄漏
#include<iostream>usingnamespacestd;classSingleton{public:staticSingleton&getInstance(){staticSingleton instance;returninstance;}voidshow(){cout<<"Meyers 单例（C++11最佳）"<<endl;}Singleton(constSingleton&)=delete;Singleton&operator=(constSingleton&)=delete;private:Singleton(){}};intmain(){Singleton&s1=Singleton::getInstance();Singleton&s2=Singleton::getInstance();s1.show();return0;}优点：
- 线程安全（C++11 保证静态变量初始化原子性）
- 懒加载
- 无内存泄漏
- 代码极简
五、单例模式自动释放（析构安全）
加入内部回收类，程序结束自动释放单例
#include<iostream>usingnamespacestd;classSingleton{public:staticSingleton*getInstance(){if(instance==nullptr){instance=newSingleton();}returninstance;}classAutoDelete{public:~AutoDelete(){if(Singleton::instance){deleteSingleton::instance;cout<<"单例已自动释放"<<endl;}}};private:Singleton(){}staticSingleton*instance;staticAutoDelete ad;};Singleton*Singleton::instance=nullptr;Singleton::AutoDelete Singleton::ad;六、五种单例对比总结
| 实现方式 | 线程安全 | 性能 | 推荐指数 |
|---|---|---|---|
| 饿汉式 | 安全 | 高 | ⭐⭐⭐ |
| 基础懒汉式 | 不安全 | 高 | 不推荐 |
| 加锁懒汉式 | 安全 | 低 | ⭐⭐ |
| 双检查锁 DCL | 安全 | 高 | ⭐⭐⭐⭐ |
| Meyers 单例 | 安全 | 极高 | ⭐⭐⭐⭐⭐ |
七、C++ 单例必须遵守的 4 条规则
- 构造函数私有化
- 禁用拷贝构造
- 禁用赋值重载
- 提供全局唯一访问点
八、企业最佳实践
- 优先使用Meyers 单例（C++11 最优）
- 禁止手动
new/delete，使用智能指针或自动释放 - 多线程环境必须使用线程安全版本
- 单例不建议存放大量数据，避免内存飙升
