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在某些應用環境下面，一個類只允許有一個實例，這就是著名的單例模式。單例模式分為懶漢模式，跟餓漢模式兩種。
首先給出餓漢模式的實現
正解：
template <class T>
class singleton
{
protected:
singleton(){};
private:
singleton(const singleton&){};//禁止拷貝
singleton& operator=(const singleton&){};//禁止賦值
static T* m_instance;
public:
static T* GetInstance();
};
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
return m_instance;
}
template <class T>
在實例化m_instance 變量時，直接調用類的構造函數。顧名思義，在還未使用變量時，已經對m_instance進行賦值，就像很饑餓的感覺。這種模式，在多線程環境下肯定是線程安全的，因為不存在多線程實例化的問題。
下面來看懶漢模式
template <class T>
class singleton
{
protected:
singleton(){};
private:
singleton(const singleton&){};
singleton& operator=(const singleton&){};
static T* m_instance;
public:
static T* GetInstance();
};
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
if( m_instance == NULL)
{
m_instance = new T();
}
return m_instance;
}
template <class T>
T* singleton<T>::m_instance = NULL;
懶漢模式下，在定義m_instance變量時先等于NULL，在調用GetInstance()方法時，在判斷是否要賦值。這種模式，并非是線程安全的，因為多個線程同時調用GetInstance()方法，就可能導致有產生多個實例。要實現線程安全，就必須加鎖。
下面給出改進之后的代碼
template <class T>
class singleton
{
protected:
singleton(){};
private:
singleton(const singleton&){};
singleton& operator=(const singleton&){};
static T* m_instance;
static pthread_mutex_t mutex;
public:
static T* GetInstance();
};
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
if( m_instance == NULL)
{
m_instance = new T();
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return m_instance;
}
template <class T>
pthread_mutex_t singleton<T>::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
template <class T>
T* singleton<T>::m_instance = NULL;
這一切看起來都很完美，但是程序猿是一種天生就不知道滿足的動物。他們發現GetInstance()方法，每次進來都要加鎖，會影響效率。然而這并不是必須的，于是又對GetInstance()方法進行改進
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
if( m_instance == NULL)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
if( m_instance == NULL)
{
m_instance = new T();
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return m_instance;
}
這也就是所謂的“雙檢鎖”機制。但是有人質疑這種實現還是有問題，在執行 m_instance = new T()時，可能 類T還沒有初始化完成，m_instance 就已經有值了。這樣會導致另外一個調用GetInstance()方法的線程，獲取到還未初始化完成的m_instance 指針，如果去使用它，會有意料不到的后果。其實，解決方法也很簡單，用一個局部變量過渡下即可：
正解：
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
if( m_instance == NULL)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
if( m_instance == NULL)
{
T* ptmp = new T();
m_instance = ptmp;
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return m_instance;
}
到這里在懶漢模式下，也就可以保證線程安全了。
然而，在linux下面還有另一種實現。linux提供了一個叫pthread_once()的函數，它保證在一個進程中，某個函數只被執行一次。下面是使用pthread_once實現的線程安全的懶漢單例模式
template <class T>
class singleton
{
protected:
singleton(){};
private:
singleton(const singleton&){};
singleton& operator=(const singleton&){};
static T* m_instance;
static pthread_once_t m_once;
public:
static void Init();
static T* GetInstance();
};
template <class T>
void singleton<T>::Init()
{
m_instance = new T();
}
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
pthread_once(&m_once,Init);
return m_instance;
}
template <class T>
pthread_once_t singleton<T>::m_once = PTHREAD_ONCE_INIT;
template <class T>
T* singleton<T>::m_instance = NULL;
上面的單例類使用了模板，對每一種類型的變量都能實例化出唯一的一個實例。
例如要實例化一個int類型
int *p = singleton<int>::GetInstance()
例如要實例化一個string類型
string *p = singleton<string>::GetInstance()
在上面的實現中，在實例化對象時，調用GetInstance()函數時都沒有傳遞參數，這是猶豫不同的對象其初始化時參數個數都不一樣。如果要支持不同類型的對象帶參數初始化，則需要重載GetInstance函數。然而在c++11中，已經支持了可變參數函數。這里給出一個簡單的例子
#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_
template <class T>
class singleton
{
protected:
singleton(){};
private:
singleton(const singleton&){};
singleton& operator=(const singleton&){};
static T* m_instance;
public:
template <typename... Args>
static T* GetInstance(Args&&... args)
{
if(m_instance == NULL)
m_instance = new T(std::forward<Args>(args)...);
return m_instance;
}
static void DestroyInstance()
{
if(m_instance )
delete m_instance;
m_instance = NULL;
}
};
template <class T>
T* singleton<T>::m_instance = NULL;
#endif
測試函數
#include <iostream>
#include <string>
#include "singleton.h"
using namespace std;
struct A
{
A(int a ,int b):_a(a),_b(b)
{}
int _a;
int _b;
};
int main()
{
int *p1 = singleton<int>::GetInstance(5);
int *p2 = singleton<int>::GetInstance(10);
cout << *p1 << " " << *p2 <<endl;
string *p3 = singleton<string>::GetInstance("aa");
string *p4 = singleton<string>::GetInstance("bb");
cout << *p3 << " " << *p4 <<endl;
A *p5 = singleton<A>::GetInstance(1,2);
A *p6 = singleton<A>::GetInstance(4,5);
cout << p5->_a << " " << p6->_a<<endl;
return 0;
}
運行結果如下
以上所述是小編給大家介紹的C++實現線程安全的單例模式詳解整合，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復大家的。在此也非常感謝大家對億速云網站的支持！
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