C++ 单例设计模式

### C++ 中的单例设计模式实现

#### 实现方式一：懒汉式（Lazy Initialization）

懒汉式的单例模式会在第一次调用 `getInstance` 方法时创建实例。

class Singleton {
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

private:
    Singleton() {}
    static Singleton* instance;
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;

这种方式简单易懂，但在多线程环境下可能会出现问题[^1]。

#### 实现方式二：饿汉式（Eager Initialization）

饿汉式的单例模式在类加载时就创建好实例，避免了懒汉式中可能出现的线程安全问题。

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }

private:
    Singleton() {}
};

这种方法利用了局部静态变量的特点，在首次访问时初始化对象，并且是线程安全的。

#### 实现方式三：双重检查锁定（Double-Checked Locking）

为了提高性能并保持线程安全性，可以采用双重检查锁定机制来优化懒汉式实现：

#include <mutex>

class Singleton {
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) { // First check before locking
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
            if (instance == nullptr) { // Second check after acquiring the lock
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }

private:
    Singleton() {}

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

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

此方法减少了不必要的同步开销，适用于高并发场景下的单例管理。

#### 防止克隆破坏单例特性

为了避免通过复制构造函数或赋值操作符意外地创建新的实例，应该禁用这些功能:

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance();

protected:
    Singleton() {};
    
private:
    Singleton(const Singleton&) = delete;             // Prevent copy construction
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;  // Prevent assignment
    
    ~Singleton() {};                                  // Destructor should also be protected/private
};

上述措施确保了即使有人尝试拷贝现有实例也不会成功，从而维护了单例性质[^2]。