单例模式优于全局变量,因其支持懒加载、线程安全与唯一实例;C++11起推荐用static局部变量实现,由标准保证首次调用时线程安全初始化。

为什么不能用全局变量代替单例
全局变量看似简单,但无法控制初始化时机,多线程下可能在首次访问前就构造完成,也可能被静态初始化顺序问题(static initialization order fiasco)破坏。单例的核心诉求是「懒加载 + 线程安全 + 唯一实例」,全局变量不满足前两点。
最简线程安全单例(C++11 及以后)
C++11 起,static 局部变量的初始化天然线程安全,这是标准保证的,无需手动加锁。这是目前最推荐的写法,简洁、高效、无竞态。
- 构造函数、拷贝/移动构造、赋值操作符必须设为
private或delete -
getInstance()必须是static成员函数 - 返回类型建议用
const T&或T&,避免意外复制
class Logger {
private:
Logger() = default;
Logger(const Logger&) = delete;
Logger& operator=(const Logger&) = delete;
public:
static Logger& getInstance() {
static Logger instance; // C++11 guarantee: thread-safe on first call
return instance;
}
void log(const std::string& msg) {
std::cout << "[LOG] " << msg << std::endl;
}
};
如果必须支持 C++03 或需显式控制生命周期
旧标准下无法依赖 static 局部变量的安全性,常见做法是双重检查锁定(Double-Checked Locking),但**在 C++03 中有严重缺陷**:缺乏内存屏障,可能导致部分构造的对象被其他线程看到。C++11 后可用 std::atomic 和 std::call_once 修复,但已无必要——直接用上面的 static 方案更稳妥。
- 若真要手动管理,优先用
std::call_once+std::once_flag - 绝对避免裸
pthread_mutex_t或自旋锁实现 DCL,容易出错 - 析构时机不可控:静态局部变量在 main 返回后按逆序销毁;若需在程序退出前主动清理,得额外提供
destroy()并配合atexit(),但会引入新的竞态风险
常见误用与报错
编译或运行时出问题,大概率踩了这几个坑:
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- 忘记把拷贝构造和赋值运算符设为
delete→ 链接错误:undefined reference to 'Logger::Logger(Logger const&)' - 在
getInstance()外声明了static Logger instance;→ 链接错误:undefined reference to 'Logger::instance'(此时它只是声明,不是定义) - 返回
Logger*却没处理空指针或多次delete→ 段错误或二次释放 - 在多个动态库中分别定义同名单例 → ODR 违反,行为未定义(尤其 Windows DLL)
单例最难的从来不是写几行代码,而是想清楚「这个对象真的必须全局唯一且跨模块共享吗」。很多所谓“单例需求”,其实用依赖注入传一个实例更清晰、更易测试。











