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简述
单例模式（Singleton Pattern）是设计模式中最简单的形式之一，其目的是使得类的一个对象成为系统中的唯一实例。
这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
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UML 结构图
要点
单例模式的要点有三个：
- 单例类有且仅有一个实例
- 单例类必须自行创建自己的唯一实例
- 单例类必须给所有其他对象提供这一实例
从具体实现角度来说，可分为以下三点：
- 提供一个 private 构造函数（防止外部调用而构造类的实例）
- 提供一个该类的 static private 对象
- 提供一个 static public 函数，用于创建或获取其本身的静态私有对象（例如：GetInstance()）
除此之外，还有一些关键点（需要多加注意，很容易忽视）：
- 线程安全（双检锁 - DCL，即：double-checked locking）
- 资源释放
局部静态变量
这种方式很常见，实现非常简单，而且无需担心单例的销毁问题。
// singleton.h#ifndef SINGLETON_H#define SINGLETON_H// 非真正意义上的单例class Singleton{public: static Singleton& GetInstance() { static Singleton instance; return instance; }private: Singleton() {}};#endif // SINGLETON_H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 但是，这并非真正意义上的单例。当使用如下方式访问单例时：
Singleton single = Singleton::GetInstance(); 1 1
这会出现了一个类拷贝问题，从而违背了单例的特性。产生这个问题原因在于：编译器会生成一个默认的拷贝构造函数，来支持类的拷贝。
为了避免这个问题，有两种解决方式：
- 将 GetInstance() 函数的返回类型修改为指针，而非引用。
- 显式地声明类的拷贝构造函数，并重载赋值运算符。
对于第一种方式，只需要修改 GetInstance() 的返回类型即可：
// singleton.h#ifndef SINGLETON_H#define SINGLETON_H// 单例class Singleton{public: // 修改返回类型为指针类型 static Singleton* GetInstance() { static Singleton instance; return &instance; }private: Singleton() {}};#endif // SINGLETON_H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 既然编译器会生成一个默认的拷贝构造函数，那么，为什么不让编译器不这么干呢？这就产生了第二种方式：
// singleton.h#ifndef SINGLETON_H#define SINGLETON_H#include using namespace std;// 单例class Singleton{public: static Singleton& GetInstance() { static Singleton instance; return instance; } void doSomething() { cout << "Do something" << endl; }private: Singleton() {} // 构造函数（被保护） Singleton(Singleton const &); // 无需实现 Singleton& operator = (const Singleton &); // 无需实现};#endif // SINGLETON_H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
这样以来，既可以保证只存在一个实例，又不用考虑内存回收的问题。
Singleton::GetInstance().doSomething(); // OKSingleton single = Singleton::GetInstance(); // Error 不能编译通过 1 2 1 2
懒汉式/饿汉式
在讲解之前，先看看 Singleton 的头文件（懒汉式/饿汉式公用）：
// singleton.h#ifndef SINGLETON_H#define SINGLETON_H// 单例 - 懒汉式/饿汉式公用class Singleton{public: static Singleton* GetInstance();private: Singleton() {} // 构造函数（被保护）private: static Singleton *m_pSingleton; // 指向单例对象的指针};#endif // SINGLETON_H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 懒汉式的特点：
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁（在“线程安全”部分分享如何加锁）才能保证单例，但加锁会影响效率。
// singleton.cpp#include "singleton.h"// 单例 - 懒汉式Singleton *Singleton::m_pSingleton = NULL;Singleton *Singleton::GetInstance(){ if (m_pSingleton == NULL) m_pSingleton = new Singleton(); return m_pSingleton;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 饿汉式的特点：
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
// singleton.cpp#include "singleton.h"// 单例 - 饿汉式Singleton *Singleton::m_pSingleton = new Singleton();Singleton *Singleton::GetInstance(){ return m_pSingleton;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 线程安全
在懒汉式下，如果使用多线程，会出现线程安全隐患。为了解决这个问题，我们引入了双检锁 - DCL 机制。
// singleton.h#ifndef SINGLETON_H#define SINGLETON_H#include #include using namespace std;// 单例 - 懒汉式/饿汉式公用class Singleton{public: static Singleton* GetInstance();private: Singleton() {} // 构造函数（被保护）private: static Singleton *m_pSingleton; // 指向单例对象的指针 static mutex m_mutex; // 锁};#endif // SINGLETON_H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
// singleton.cpp#include "singleton.h"// 单例 - 懒汉式（双检锁 DCL 机制）Singleton *Singleton::m_pSingleton = NULL;mutex Singleton::m_mutex;Singleton *Singleton::GetInstance(){ if (m_pSingleton == NULL) { std::lock_guard lock(m_mutex); // 自解锁 if (m_pSingleton == NULL) { m_pSingleton = new Singleton(); } } return m_pSingleton;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 这样，就可以保证线程安全了，但是，会带来较小的性能影响。
资源释放
有内存申请，就要有对应的释放，可以采用下述两种方式：
- 主动释放（手动调用接口来释放资源）
- 自动释放（由程序自己释放）
要手动释放资源，添加一个 static 接口，编写需要释放资源的代码：
// 单例 - 主动释放static void DestoryInstance(){ if (m_pSingleton != NULL) { delete m_pSingleton; m_pSingleton = NULL; }} 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 然后在需要释放的时候，手动调用该接口：
Singleton::GetInstance()->DestoryInstance(); 1 1
方式虽然简单，但很多时候，容易忘记调用 destoryInstance()。这时，可以采用更方便的方式：
// singleton.h#ifndef SINGLETON_H#define SINGLETON_H#include using namespace std;// 单例 - 自动释放class Singleton{public: static Singleton* GetInstance();private: Singleton() {} // 构造函数（被保护）private: static Singleton *m_pSingleton; // 指向单例对象的指针 // GC 机制 class GC { public: ~GC() { // 可以在这里销毁所有的资源，例如：db 连接、文件句柄等 if (m_pSingleton != NULL) { cout << "Here destroy the m_pSingleton..." << endl; delete m_pSingleton; m_pSingleton = NULL; } } static GC gc; // 用于释放单例 };};#endif // SINGLETON_H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
只需要声明 Singleton::GC 即可：
// main.cpp#include "singleton.h"Singleton::GC Singleton::GC::gc; // 重要int main(){ Singleton *pSingleton1 = Singleton::GetInstance(); Singleton *pSingleton2 = Singleton::GetInstance(); cout << (pSingleton1 == pSingleton2) << endl; return 0;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 在程序运行结束时，系统会调用 Singleton 的静态成员 GC 的析构函数，该析构函数会进行资源的释放。这种方式的最大优点就是在“不知不觉”中进行，所以，对我们来说，尤为省心。