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c++如何实现单例模式设计模式在c++中的应用【进阶必看】

裘德小鎮的故事

发布： 2025-12-18 12:21:07

原创

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C++单例模式推荐使用C++11局部静态变量实现，线程安全且懒加载；需传参或控制销毁时机时用指针+双重检查锁；模板化CRTP基类可复用，但不支持参数构造；避免老式懒汉、饿汉及宏实现。

c++如何实现单例模式设计模式在c++中的应用【进阶必看】

单例模式在 C++ 中的核心目标是：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。关键难点在于线程安全、懒加载、析构时机和模板复用。下面从实用角度讲清几种主流实现方式及其适用场景。

最简线程安全的懒汉式（C++11 及以后）

C++11 标准保证了 局部静态变量的初始化是线程安全的，这是最推荐的现代写法，无需手动加锁，也天然支持懒加载：

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance; // 仅首次调用时构造，且线程安全
        return instance;
    }
<pre class="brush:php;toolbar:false;">Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

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private: Singleton() = default; // 构造函数私有 ~Singleton() = default; // 析构函数私有（可选，若需控制销毁时机则留 public） };

✅ 优点：简洁、安全、高效、自动管理生命周期
⚠️ 注意：析构发生在 main() 返回后、全局对象销毁阶段；若其他静态对象依赖该单例，可能引发“静态析构顺序问题”。

带显式初始化控制的单例（适用于需延迟构造参数或避免静态析构风险）

当单例构造需要运行时参数，或你希望完全掌控创建/销毁时机（比如游戏引擎中模块按需启停），可用指针 + 懒加载 + 手动管理：

class ConfigManager {
public:
    static ConfigManager& getInstance() {
        if (!instance) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
            if (!instance) {
                instance = new ConfigManager("config.json");
            }
        }
        return *instance;
    }
<pre class="brush:php;toolbar:false;">static void destroy() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
    delete instance;
    instance = nullptr;
}

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private: ConfigManager(const std::string& cfgPath) { / 加载配置 / } ~ConfigManager() = default;

static ConfigManager* instance;
static std::mutex mutex_;

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};

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ConfigManager* ConfigManager::instance = nullptr; std::mutex ConfigManager::mutex_;

✅ 优点：可传参、可主动销毁、规避静态析构顺序问题
⚠️ 注意：必须确保 destroy() 在所有使用方之后调用；多线程下双重检查锁（Double-Checked Locking）需配合 std::atomic 或确保编译器不重排（C++11 起该写法已安全）。

模板化通用单例基类（减少重复代码）

为多个类快速添加单例能力，可设计 CRTP（Curiously Recurring Template Pattern）风格基类：

template<typename T>
class SingletonBase {
protected:
    SingletonBase() = default;
    ~SingletonBase() = default;
<p>public:
SingletonBase(const SingletonBase&) = delete;
SingletonBase& operator=(const SingletonBase&) = delete;</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">static T& getInstance() {
    static T instance;
    return instance;
}

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};

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// 使用方式： class Logger : public SingletonBase { friend class SingletonBase; Logger() = default; public: void log(const std::string& msg) { / ... / } };

✅ 优点：一行继承即获得单例能力，类型安全，无宏污染
⚠️ 注意：子类构造/析构函数需设为 protected，并通过 friend 放行基类访问；不适用于需要参数构造的场景（可扩展为带参数的变体）。