C++单例模式

单例模式是任何面向对象语言绕不过的，单例模式是很有必要的，接下来我用最朴素的语言来解释和记录单例模式的学习。

• 什么是单例模式？

单例模式就是一个类只能被实例化一次 ，更准确的说是只能有一个实例化的对象的类。

• 创建一个单例模式的类（初想）

一个类只能有一个实例化的对象，那么这个类就要禁止别人new出来，或者通过直接定义一个对象出来

class CAR
{
public:
    CAR(){}
    ~CAR(){}
};
CAR a;
CAR *b = new CAR;

很明显这样的类可以被程序员用上面这两种方式实例化。那么考虑，如何禁止用上面的这两种方式实例化一个类呢？

如果把构造函数私有化，很明显上面这两种方法都会默认的去调用构造函数，当构造函数是private或者protected时，构造函数将无法从外部调用。

class CSingleton
{
private:
    CSingleton()
    {
    }
};
int main()
{
    CSingleton t;
    CSingleton *tt = new CSingleton;
}

上面的代码选择了这样实例化类，很明显编译器会报错，因为私有化的构造函数无法被外部调用

error: ‘CSingleton::CSingleton()’ is private

既然构造函数是私有了，那么他就只能被类内部的成员函数调用，所以我们可以搞一个共有函数去供外部调用，然后这个函数返回一个对象，为了保证多次调用这个函数返回的是一个对象，我们可以把类内部要返回的对象设置为静态的，就有了下面的代码：

class CSingleton
{
private:
    CSingleton()
    {
    }
    static CSingleton *p;
public:
    static CSingleton* getInstance()
    {
        if(p == NULL)
            p = new CSingleton();
        return p;
    }
};
CSingleton* CSingleton::p = NULL;

我们在主函数调用来测试一下

int main()
{
    CSingleton *t = CSingleton::getInstance();
    CSingleton *tt = CSingleton::getInstance();
    cout << t << endl << tt << endl;
}

结果是

0x1c59c0
0x1c59c0

两个地址一样，证明我们的单例类的正确的，原理其实很简单，第一次调用获取实例的函数时，静态类的变量指针空，所以会创建一个对象出来，第二次调用就不是空了，直接返回第一次的对象指针（地址）。

同时思考另一个问题，如果两个线程同时获取实例化对象呢？显然是不行的，会出现两个线程同时要对象的时候指针还都是空的情况就完了，想到这种情况你肯定会毫不犹豫的去加个锁。（进一步思考）

class CSingleton
{
private:
    CSingleton()
    {
        pthread_mutex_init(&mtx,0);
    }
    static CSingleton *p;
public:
    static pthread_mutex_t mtx;
    static CSingleton* getInstance()
    {
        if(p == NULL)
        {
            pthread_mutex_lock(&mtx);
            p = new CSingleton();
            pthread_mutex_unlock(&mtx);
        }
        return p;
    }
};
pthread_mutex_t CSingleton::mtx;
CSingleton* CSingleton::p = NULL;

上面的代码就是加锁之后的了，你可以用下面的方法调用

void* fun1(void *)
{
    while(1)
    {
        CSingleton *pt = CSingleton::getInstance();
        cout << "fun1: pt_addr = " << pt << endl;
        Sleep(1000);
    }
}
void* fun2(void *)
{
    while(1)
    {
        CSingleton *pt = CSingleton::getInstance();
        cout << "fun2: pt_addr = " << pt << endl;
        Sleep(1000);
    }
}
void callSingleton()
{
    pthread_mutex_init(&CSingleton::mtx,0);
    pthread_t pt_1 = 0;
    pthread_t pt_2 = 0;
    int ret = pthread_create(&pt_1,0,&fun1,0);
    if(ret != 0)
    {
        printf("error\n");
    }
    ret = pthread_create(&pt_2,0,&fun2,0);
    if(ret != 0)
    {
        printf("error\n");
    }
    pthread_join(pt_1,0);
    pthread_join(pt_2,0);
}

你可以这样在fun1,fun2中随意的去实例化这个类了，运行结果如下

fun1: pt_addr = 0xb85a38
fun2: pt_addr = 0xb85a38
fun1: pt_addr = 0xb85a38
fun2: pt_addr = 0xb85a38
fun1: pt_addr = 0xb85a38
fun2: pt_addr = 0xb85a38

总结一下我们的这种实现单例模式的方式：类中声明一个静态的本类指针，再写一个public的函数来让这个指针指向我们新创建的实例，返回这个指针（这个实例的地址），并进行加锁，这个对象就永远只有一份，然后单例模式就实现了。

class CSingleton
{
private:
    CSingleton()
    {
        pthread_mutex_init(&mtx,0);
    }
public:
    static pthread_mutex_t mtx;
    static CSingleton* getInstance()
    {
        pthread_mutex_lock(&mtx);
        static CSingleton obj;
        pthread_mutex_unlock(&mtx);
        return &obj;
    }
};
pthread_mutex_t CSingleton::mtx;

也可以像上面的代码一样把静态对象的放到函数里面，这样就省的在去外部声明一下了，只要返回一个静态类的地址，就算这个函数执行完也不会被销毁，它被保存在静态区和全局变量差不多。

再次总结：只要返回一个本类对象的地址就好了，这个地址要是静态的。别忘记加锁。

而且上面这种方式也被人们成为懒汉模式，为什么叫懒汉？因为这样的方式只有在我调用 CSingleton::getInstance(); 的时候才会返回一个实例化的对象，懒死了，我不要你你就不给我，是不是？

 

 

下面这种方式就和上面的不同，人家还没要，我就忍不住先给人家准备好了，如饥似渴，所以也叫饿汉模式。

我们注意到上面第一种方式，类中的静态变量要先被外部声明，否则编译器不会为它分配空间，像这样 CSingleton* CSingleton::p = NULL; 其实我们可以在这一步就new一个对象出来，因为p是CSingleton的成员，它是可以调用构造函数的哦，于是我们改成这样就是饿汉模式了

class CSingleton
{
private:
    CSingleton()
    {
    }
    static CSingleton *p;
public:
    static CSingleton* getInstance()
    {
        return p;
    }
};
CSingleton* CSingleton::p = new CSingleton();

我们这样锁也不用加了，因为我们调用 CSingleton::getInstance() 之前这个类就已经被实例化了，我们调用这个函数的目地只是为了得到这个对象的地址。饿汉模式就实现了

总结：利用静态变量和私有化构造函数的特性来实现单例模式。搞一个静态的自身类指针，然后把构造函数私有化，这样new的时候就只能让本类中的成员调用，然后不择手段在类内部new出这个对象，并提供一种方法供外部得到这个对象的地址。