c 中單例模式實現總結

前言

最近個人在寫一些小的練手的專案，發現單例模式的應用實在是很廣泛，很多情況下乙個類都需要使用單例模式來實現，因此這裡我再度總結一下單例模式的實現，之前已經總結過一次，當時的例子給的是muduo的單例模式實現，這次再給出幾種其他的實現，同時進行一下比較。

餓漢模式

餓漢模式就是在還未使用變數的時候，已經對該變數進行賦值，有點類似很飢餓的感覺，在main函式開始執行前就已經初始化好了，因此是執行緒安全的。

不考慮析構函式的餓漢模式實現

#include
using
namespace std;
class
singleton
;private
:singleton
(const singleton&);
singleton&
operator=(
const singleton&);
static singleton* m_instance;
public
:static singleton*
getinstance()
;~singleton()
};singleton* singleton::
getinstance()
singleton* singleton::m_instance =
new singleton;
intmain()

餓漢模式的優點

執行緒安全

簡單易懂易實現

餓漢模式的缺點

不適合對效能有要求的場景，因為有些場景下可能不會用到這個變數，這樣就無需載入

在main函式之前就已經初始化完成，基本上沒辦法給類傳入引數

懶漢模式

這個從名字上更容易理解，懶漢就是不到萬不得已絕不行動，對於單例模式來說就是預設情況下變數不初始化為nullptr，而在getinstance方法被呼叫的時候才會判斷instance是否已經被初始化，然後再決定是否要初始化，不過這個行為導致的乙個重要問題就是執行緒不安全。

不考慮析構函式的懶漢模式實現

#include
using
namespace std;
class
singleton
;private
:singleton
(const singleton&);
singleton&
operator=(
const singleton&);
static singleton* m_instance;
public
:static singleton*
getinstance()
;~singleton()
};singleton* singleton::
getinstance()
return m_instance;
}singleton* singleton::m_instance =
null
;int
main()

解決懶漢模式執行緒不安全的幾種方法

使用區域性靜態變數

區域性靜態變數的初始化是執行緒安全的，這一點由編譯器保證.（這是乙個 gcc 的 patch，專門解決這個問題）。會在程式退出的時候自動銷毀。不過需要注意的是，這個方法適合 c++11，c++11保證靜態區域性變數的初始化是執行緒安全的。如果是 c++98 就不能用這個方法。

class
sprivate:s
()s(s const&)
=delete
;// don't implement.
void
operator
=(s const&)
=delete
;// don't implement
};

加鎖

這個辦法應該是最簡單最直接的了，**實現如下：

// singleton.h
class
singleton
return p;
}private
: std::mutex mutex_;
static singleon *p;
singleton()
singleton
(const singleton &)=
delete
; singleton&
operator=(
const singleton &)=
delete;}
;// singleton.cpp
singleton *singleton::p =
null
;

這個方法的缺點是每次呼叫getinstance都會加鎖，在多執行緒的情況下可能會輕微增加程式的負擔。

pthread_once

這個是我在以前推薦的部落格裡面寫的，陳碩推薦的單例模式實現，是乙個非常好的實現方式，不過僅限於在linux系統下

// singleton.h
class
singleton
private
:singleton()
singleton
(const singleton &)=
delete
; singleton&
operator=(
const singleton &)=
delete
;static
void
init()
static pthread_once_t ponce_;
static singleton *value_;};
// singleton.cpp
pthread_once_t singleton::ponce_ = pthread_once_init;
singleton* singleton::value_ =
null
;

double check locking(dcl)

double check locking. 只能用記憶體屏障，其他做法都是有問題的。普通的 double check 之所以錯，是因為亂序執行和多處理器下，不同 cpu 中間 cache 刷往記憶體並對其他 cpu 可見的順序無法保障（cache coherency problem）。比如

singleton*p = new singleton;

這個語句的實際執行過程有三步：

分配記憶體

構造物件

賦值給p

由於亂序執行，因此2和3的執行順序實際上是不一定的。因此，如果在某些情況下，3先於2執行，那麼就會出現p實際上指向乙個無效的物件，但是由於p已經不再是空指標，所以在dcl的第一步判斷p是否為空指標時，順利通過，然後p被返回，然而此時的p指向的記憶體是位被構造的。

可能有同學認為可以增加乙個臨時變數temp_p，當temp_p構造完成之後再賦值給p，但是對於現代的編譯器這樣做是沒有意義的，因為現代編譯器會認為temp_p是無效的，可能會被優化掉，因此就回到了上乙個問題，因此dcl不是執行緒安全的。

自動呼叫析構函式

在前面說的懶漢模式不考慮析構函式和餓漢模式不考慮析構函式中，**中我們雖然都寫了析構函式，但是如果我們執行的話會發現，其實析構函式並不會被呼叫，這是為什麼呢，其實答案很簡單，因此我們的物件是new出來的，然而我們並沒有顯式的呼叫delete，因此析構函式自然不會被呼叫，那麼我們是需要手動呼叫析構函式嗎，其實並非如此，我們希望一種可以自動呼叫析構函式的方式來實現，其實也很簡單，就是之前說的區域性靜態變數，實現如下，其實和之前一樣：

#include
using
namespace std;
class
singleton
;private
:singleton
(const singleton&);
singleton&
operator=(
const singleton&);
public
:static singleton*
getinstance()
;~singleton()
};singleton* singleton::
getinstance()
intmain()

其實寫到這裡基本就差不多了，不過這個方法的缺點就是只有在c++11標準下才能保證其正確性，不過從目前來看，c++11的普及性已經很好了，所以基本上不怎麼需要擔心這個問題

總結其實說到這裡，單例模式就講的差不多了，陳碩推薦的pthread_once方法和c++11下靜態區域性變數的方法都是很不錯的，值得學習。

c 中單例模式實現總結

C 中實現單例模式

單例模式總結 C

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C 中實現單例模式

單例模式總結 C

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