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c++如何实现单例模式_C++单例类设计与线程安全实现

裘德小鎮的故事
发布: 2025-11-12 08:44:02
原创
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单例模式确保类唯一实例并提供全局访问点,C++中推荐使用局部静态变量实现线程安全的懒加载,简洁高效;对于需控制构造时机或旧标准环境,可采用双检锁结合智能指针管理内存,避免泄漏。

c++如何实现单例模式_c++单例类设计与线程安全实现

单例模式确保一个类只有一个实例,并提供全局访问点。在C++中实现单例模式,既要考虑设计简洁性,也要处理多线程环境下的安全问题。

基础单例类设计

最简单的单例实现是使用静态成员函数和静态实例:

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
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private: Singleton() = default; ~Singleton() = default; };

说明: C++11起,局部静态变量的初始化是线程安全的。这意味着多个线程同时调用getInstance()不会导致重复创建实例,编译器会自动加锁保证构造只执行一次。

懒加载与双检锁(适用于老标准)

在C++11之前或需要显式控制构造时机时,可采用双检锁模式:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

#include <mutex>
<p>class LazySingleton {
public:
static LazySingleton* getInstance() {
if (instance == nullptr) {
std::lock<em>guard<std::mutex> lock(mutex</em>);
if (instance == nullptr) {
instance = new LazySingleton();
}
}
return instance;
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>static void destroyInstance() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
    delete instance;
    instance = nullptr;
}

LazySingleton(const LazySingleton&) = delete;
LazySingleton& operator=(const LazySingleton&) = delete;
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private: LazySingleton() = default; ~LazySingleton() = default;

static LazySingleton* instance;
static std::mutex mutex_;
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};

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// 静态成员定义 LazySingleton* LazySingleton::instance = nullptr; std::mutex LazySingleton::mutex_;

关键点:

  • 第一次检查避免每次都加锁,提升性能
  • 第二次检查防止多个线程同时通过第一层判断后重复创建
  • 需手动管理内存释放(可通过智能指针优化)

使用智能指针优化资源管理

结合std::unique_ptr可自动释放资源:

#include <mutex>
#include <memory>
<p>class SmartSingleton {
public:
static SmartSingleton& getInstance() {
std::call_once(initFlag, &SmartSingleton::init);
return *instance;
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>SmartSingleton(const SmartSingleton&) = delete;
SmartSingleton& operator=(const SmartSingleton&) = delete;
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private: SmartSingleton() = default; ~SmartSingleton() = default;

static void init() {
    instance.reset(new SmartSingleton());
}

static std::unique_ptr<SmartSingleton> instance;
static std::once_flag initFlag;
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};

std::unique_ptr<SmartSingleton> SmartSingleton::instance = nullptr; std::once_flag SmartSingleton::initFlag;

优势:
std::call_once确保初始化逻辑只执行一次,配合std::once_flag实现高效线程安全,且由智能指针管理生命周期,避免内存泄漏。

基本上就这些。现代C++推荐优先使用局部静态变量方式,简单、安全、高效。若需延迟初始化或兼容旧环境,再考虑双检锁+智能指针方案。不复杂但容易忽略细节,尤其是析构顺序和跨线程访问问题。

以上就是c++++如何实现单例模式_C++单例类设计与线程安全实现的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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