单例模式（正式）

当需要严格控制一个类在全局只有唯一一个实例，并且可以随时调用它的时候，就可以使用单例模式。

单例模式可以以实例化时间分为懒汉式和饿汉式、以C实现方式分为C++98的实现以及C++11的实现。

懒汉式

c++11
class Singleton {
 public:
    static Singleton* getInstance() {
	    if(m_instance == nullptr) {
		    m_instance = new Singleton();
	    }
	    return m_instance;
    }
 private:
    Singleton(){}
    ~Singleton(){}
    static Signeton* m_instance;
};

class Singleton {
 public:
    static Singleton& GetInstance() {
	    static Singleton instance;
	    return instance;
    }
 private:
    Singleton() = default;
    ~Singleton() {}
};

也就是说， Singleton 通过将构造函数私有化实现了对实例化的控制，只有通过调用 getInstance() 才能生成并获得这唯一一个实例。

同时，这是一个懒汉式的实现，只有在调用 getInstance() 一次过后才有一个 Singleton 被实例化。

代码注解：

• 这段代码使用指针的目的是为了延迟单例类的实例化，并在需要时动态地创建和访问实例对象。

• 通过使用 new 运算符创建一个 Singleton 类的实例对象，并将其赋值给静态成员 m_instance，以确保只有一个实例对象被创建。需要注意的是，静态成员 m_instance 存储的是实例对象的地址，而不是对象本身。因此，在使用时需要通过解引用操作符 * 来获取实际的对象。

静态成员变量定义只能在源文件：

    重复编译 减少初始化操作

静态成员：

• 如果把类的成员声明为静态的，就可以把它与类的对象独立开来（静态成员不属于对象）

• 用 static 关键字把类的成员变量声明为静态，表示它在程序中（不仅是对象）是共享的。

• 静态成员只有一份，在全局存储区

• 静态成员使用类名加范围解析运算符 :: 就可以访问，不需要创建对象。

饿汉式

// in 'Singleton.h'
class Singleton {
 public:
    static Singleton& GetInstance {
	    return instance;
    }
 private:
    Singleton() = default;
    ~Singleton() {}
    static Singleton instance;
};
 
// in 'Singleton.cpp'
Singleton Singleton::instance;

代码讲解

• GetInstance() 方法返回一个 Singleton 对象的引用。

• 在 C++11 中，使用局部静态变量可以确保只有一个实例对象被创建。在这段代码中，instance 是一个局部静态变量，它在第一次调用 GetInstance() 方法时被创建，而在后续的调用中会直接返回已经存在的实例对象。

• 构造函数 Singleton() 和析构函数 ~Singleton() 都使用 default 关键字进行了默认定义，即使用编译器生成的默认实现。它们被声明为 private，防止在类外部直接创建和销毁对象。

• 通过这种实现方式，可以简洁地实现只有一个实例对象被创建，并且可以通过引用来访问该对象。

懒汉模式和恶汉模式是两种单例模式实现方式的区别：

懒汉模式：在首次使用时才创建实例对象，延迟实例化，可能存在线程安全问题。

恶汉模式：在类加载时就创建实例对象，立即实例化，不存在线程安全问题。

懒汉模式节省内存空间，但可能引入延迟和线程安全问题；恶汉模式简单直接，但可能浪费部分内存空间。选择取决于内存占用、延迟和线程安全需求。

竞争的场景：

两个线程在调用结构的过程中，如判断是否空指针的时候，一个在判断为空指针后准备创建对象，另一个在此时也判断为空的指针

//Singleton.h
/* C++98 */
class Singleton11{
 public:
    static Singleton98* getInstance() {
	    if(m_instance == nullptr) {
		    std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
		    if(m_instance == nullptr) {
			    m_instance = new Singleton();
		    }
	    }
	    return m_instance;
    }
 private:
	 //...
}
/* C++11 */
class Singleton11{
 public:
    static Singleton11& getInstance() {
	    std::call_once(m_flag, []() {
		    m_instance.reset(new Singleton11);
	    });
    }
 private:
	 //...
	 static std::mutex m_mutex;
}
 
//Singleton.cpp
/* C++98 */
Singleton98* Singleton98::m_instance = nullptr;
std::mutex Singleton98::m_mutex;
/* C++11 */
std::unique_ptr<Singleton11> Singleton11::m_instance;
std::once_flag Singleton11::m_flag;

问题：

• 多线程需要考虑多次new的问题，需要使用线程同步如互斥锁

• 忘记delete！

用处

资源共享：当多个对象需要共享同一个资源时，可以使用单例模式来管理该资源。例如，数据库连接池、线程池等。
配置信息：单例模式可以用于管理全局的配置信息，确保在整个应用程序中只有一个配置对象，方便访问和修改配置。
日志记录器：在日志记录中，使用单例模式可以确保只有一个日志记录器实例，所有的日志信息都在同一个地方进行记录，并且可以方便地访问和控制日志记录器。