最近，我遇到了C++的Singleton设计模式的实现/实现。它看起来是这样的（我采用了现实生活中的例子）：
// a lot of methods are omitted here
class Singleton
{
public:
static Singleton* getInstance( );
~Singleton( );
private:
Singleton( );
static Singleton* instance;
};
从这个声明中，我可以推断实例字段是在堆上启动的。这意味着存在内存分配。对我来说完全不清楚的是，内存将在何时被释放？或者是否存在错误和内存泄漏？似乎在实现方面存在问题。
我的主要问题是，如何以正确的方式实现它？
作为单身汉，你通常不希望它被破坏。
当程序终止时，它将被拆除并释放，这是单例的正常行为。如果您希望能够显式地清理它，那么向类中添加一个静态方法非常容易，该方法允许您将其恢复到干净状态，并在下次使用时重新分配，但这超出了“经典”单例的范围。
您可以避免内存分配。有很多变体，在多线程环境中都有问题。
我更喜欢这种实现（事实上，我更喜欢的说法并不正确，因为我尽可能避免单例）：
class Singleton
{
private:
Singleton();
public:
static Singleton& instance()
{
static Singleton INSTANCE;
return INSTANCE;
}
};
它没有动态内存分配。
它确实可能是从堆中分配的，但没有源就无从得知。
典型的实现（取自我在emacs中已有的一些代码）是：
Singleton * Singleton::getInstance() {
if (!instance) {
instance = new Singleton();
};
return instance;
};
……然后依靠超出范围的程序进行清理。
如果您在必须手动进行清理的平台上工作，我可能会添加一个手动清理例程。
这样做的另一个问题是它不是线程安全的。在多线程环境中，两个线程可以通过“if”，然后任何一个线程都有机会分配新实例（所以两者都会）。如果你依靠程序终止来清理，这仍然不是什么大问题。
另一个非分配的选择：根据需要创建一个单例，比如C类：
singleton<C>()
使用
template <class X>
X& singleton()
{
static X x;
return x;
}
在当前C++中，这一点和Cætælin的答案都不是自动线程安全的，而是在C++0x中。
2008年，我提供了一个Singleton设计模式的C++98实现，该模式是惰性评估的、保证破坏的，在技术上不是线程安全的：有人能给我提供一个c++中的Singleton示例吗？
这里是Singleton设计模式的一个更新的C++11实现，它是延迟评估的、正确销毁的和线程安全的。
class S
{
public:
static S& getInstance()
{
static S instance; // Guaranteed to be destroyed.
// Instantiated on first use.
return instance;
}
private:
S() {} // Constructor? (the {} brackets) are needed here.
// C++ 03
// ========
// Don't forget to declare these two. You want to make sure they
// are inaccessible(especially from outside), otherwise, you may accidentally get copies of
// your singleton appearing.
S(S const&); // Don't Implement
void operator=(S const&); // Don't implement
// C++ 11
// =======
// We can use the better technique of deleting the methods
// we don't want.
public:
S(S const&) = delete;
void operator=(S const&) = delete;
// Note: Scott Meyers mentions in his Effective Modern
// C++ book, that deleted functions should generally
// be public as it results in better error messages
// due to the compilers behavior to check accessibility
// before deleted status
};
请参阅本文，了解何时使用单例：（不经常）辛格尔顿：应该如何使用
请参阅这两篇关于初始化顺序和如何处理的文章：静态变量初始化顺序查找C++静态初始化顺序问题
请参阅这篇描述寿命的文章：C++函数中静态变量的生存期是多少？
请参阅本文，其中讨论了单线程的一些线程含义：Singleton实例声明为GetInstance方法的静态变量，它是线程安全的吗？
请参阅这篇文章，解释为什么双重检查锁定在C++上不起作用：C++程序员应该知道哪些常见的未定义行为？Dobbs博士：C++和双重检查锁定的危险：第一部分
接受答案中的解决方案有一个明显的缺点——在控件离开main（）函数后调用单例的析构函数。当一些依赖对象被分配到main中时，可能真的会有问题。
我在尝试在Qt应用程序中引入Singleton时遇到了这个问题。我决定，我的所有设置对话框都必须是Singleton，并采用了上面的模式。不幸的是，Qt的主类QApplication被分配在主函数的堆栈上，当没有应用程序对象可用时，Qt禁止创建/销毁对话框。
这就是为什么我更喜欢堆分配的单件。我为所有单例提供了显式的init（）和term（）方法，并在main内部调用它们。因此，我可以完全控制单体创建/销毁的顺序，而且我保证无论是否有人调用getInstance（），都会创建单体。
这是关于对象生命周期管理的。假设您的软件中有多个单体。它们依赖于Logger单例。在应用程序销毁期间，假设另一个单例对象使用Logger记录其销毁步骤。您必须保证Logger应该最后清理。因此，请同时查看本文：http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/PDF/ObjMan.PDF
上面链接的论文描述了双重检查锁定的缺点，即编译器可以在调用对象的构造函数之前为对象分配内存并设置指向分配内存地址的指针。在c++中，使用分配器手动分配内存，然后使用构造调用初始化内存是非常容易的。使用这种方法，双重检查锁定工作正常。
如果要在堆中分配对象，为什么不使用唯一指针。内存也将被释放，因为我们使用的是唯一指针。
class S
{
public:
static S& getInstance()
{
if( m_s.get() == 0 )
{
m_s.reset( new S() );
}
return *m_s;
}
private:
static std::unique_ptr<S> m_s;
S();
S(S const&); // Don't Implement
void operator=(S const&); // Don't implement
};
std::unique_ptr<S> S::m_s(0);
#define INS(c) private:void operator=(c const&){};public:static c& I(){static c _instance;return _instance;}
例子：
class CCtrl
{
private:
CCtrl(void);
virtual ~CCtrl(void);
public:
INS(CCtrl);
这里是一个简单的实现。
#include <Windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
class SingletonClass {
public:
static SingletonClass* getInstance() {
return (!m_instanceSingleton) ?
m_instanceSingleton = new SingletonClass :
m_instanceSingleton;
}
private:
// private constructor and destructor
SingletonClass() { cout << "SingletonClass instance created!\n"; }
~SingletonClass() {}
// private copy constructor and assignment operator
SingletonClass(const SingletonClass&);
SingletonClass& operator=(const SingletonClass&);
static SingletonClass *m_instanceSingleton;
};
SingletonClass* SingletonClass::m_instanceSingleton = nullptr;
int main(int argc, const char * argv[]) {
SingletonClass *singleton;
singleton = singleton->getInstance();
cout << singleton << endl;
// Another object gets the reference of the first object!
SingletonClass *anotherSingleton;
anotherSingleton = anotherSingleton->getInstance();
cout << anotherSingleton << endl;
Sleep(5000);
return 0;
}
只创建了一个对象，并且每次在词尾都会返回该对象引用。
SingletonClass instance created!
00915CB8
00915CB8
这里00915CB8是单例对象的内存位置，在程序的持续时间内相同，但每次运行程序时（通常！）不同。
注意：这不是线程安全的。您必须确保线程安全。
除了这里的其他讨论之外，可能值得注意的是，您可以使用全局性，而不限于一个实例。例如，考虑引用计数的情况。。。
struct Store{
std::array<Something, 1024> data;
size_t get(size_t idx){ /* ... */ }
void incr_ref(size_t idx){ /* ... */}
void decr_ref(size_t idx){ /* ... */}
};
template<Store* store_p>
struct ItemRef{
size_t idx;
auto get(){ return store_p->get(idx); };
ItemRef() { store_p->incr_ref(idx); };
~ItemRef() { store_p->decr_ref(idx); };
};
Store store1_g;
Store store2_g; // we don't restrict the number of global Store instances
现在，在函数（如main）中的某个位置，您可以执行以下操作：
auto ref1_a = ItemRef<&store1_g>(101);
auto ref2_a = ItemRef<&store2_g>(201);
ref不需要将指针存储回各自的store，因为这些信息是在编译时提供的。您也不必担心Store的生存期，因为编译器要求它是全局的。如果确实只有一个Store实例，那么这种方法没有开销；在不止一个实例的情况下，编译器需要对代码生成进行巧妙处理。如果需要，ItemRef类甚至可以成为Store的朋友（您可以有模板朋友！）。
如果Store本身是一个模板化的类，那么事情就变得更糟了，但是仍然可以使用这个方法，也许可以通过实现具有以下签名的helper类：
template <typename Store_t, Store_t* store_p>
struct StoreWrapper{ /* stuff to access store_p, e.g. methods returning
instances of ItemRef<Store_t, store_p>. */ };
用户现在可以为每个全局Store实例创建StoreWrapper类型（和全局实例），并始终通过其包装器实例访问商店（从而忘记使用Store所需的模板参数的详细信息）。
@洛基·阿斯塔里的回答很好。
然而，有时使用多个静态对象时，您需要能够保证在所有使用单例的静态对象不再需要它之前，单例不会被破坏。
在这种情况下，std:：shared_ptr可用于保持所有用户的单例有效，即使在程序结束时调用静态析构函数：
class Singleton
{
public:
Singleton(Singleton const&) = delete;
Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;
static std::shared_ptr<Singleton> instance()
{
static std::shared_ptr<Singleton> s{new Singleton};
return s;
}
private:
Singleton() {}
};
我没有在答案中找到CRTP实现，所以这里是：
template<typename HeirT>
class Singleton
{
public:
Singleton() = delete;
Singleton(const Singleton &) = delete;
Singleton &operator=(const Singleton &) = delete;
static HeirT &instance()
{
static HeirT instance;
return instance;
}
};
要使用，只需从此继承类，例如：class Test:public Singleton＜Test＞
有人提到过std:：call_once和std:：once_flag吗？大多数其他方法——包括双重检查锁定——都是失败的。
单例模式实现中的一个主要问题是安全初始化。唯一安全的方法是用同步屏障保护初始化序列。但这些障碍本身需要安全启动。std:：once_flag是保证安全初始化的机制。
简单的单例类，这必须是你的头类文件
#ifndef SC_SINGLETON_CLASS_H
#define SC_SINGLETON_CLASS_H
class SingletonClass
{
public:
static SingletonClass* Instance()
{
static SingletonClass* instance = new SingletonClass();
return instance;
}
void Relocate(int X, int Y, int Z);
private:
SingletonClass();
~SingletonClass();
};
#define sSingletonClass SingletonClass::Instance()
#endif
像这样访问单例：
sSingletonClass->Relocate(1, 2, 5);
我的实现与Galik的类似。不同的是，我的实现允许共享指针清理分配的内存，而不是在应用程序退出并清理静态指针之前保留内存。
#pragma once
#include <memory>
template<typename T>
class Singleton
{
private:
static std::weak_ptr<T> _singleton;
public:
static std::shared_ptr<T> singleton()
{
std::shared_ptr<T> singleton = _singleton.lock();
if (!singleton)
{
singleton.reset(new T());
_singleton = singleton;
}
return singleton;
}
};
template<typename T>
std::weak_ptr<T> Singleton<T>::_singleton;
我们最近在EECS课上讨论了这个话题。如果您想详细查看课堂讲稿，请访问http://umich.edu/~eecs381/讲座/习语DesPattsCreational.pdf。这些笔记（以及我在这个答案中给出的引文）由我的教授大卫·基拉斯创建。
我知道有两种方法可以正确创建Singleton类。
第一种方式：
按照示例中的方式实现它。至于破坏，“单线程通常会持续程序运行的时间；当程序终止时，大多数操作系统都会恢复内存和大多数其他资源，因此有理由不用担心这一点。”
然而，在程序终止时进行清理是一种很好的做法。因此，您可以使用辅助静态SingletonDestructor类来完成此操作，并将其声明为Singleton中的朋友。
class Singleton {
public:
static Singleton* get_instance();
// disable copy/move -- this is a Singleton
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton(Singleton&&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(Singleton&&) = delete;
friend class Singleton_destroyer;
private:
Singleton(); // no one else can create one
~Singleton(); // prevent accidental deletion
static Singleton* ptr;
};
// auxiliary static object for destroying the memory of Singleton
class Singleton_destroyer {
public:
~Singleton_destroyer { delete Singleton::ptr; }
};
// somewhere in code (Singleton.cpp is probably the best place)
// create a global static Singleton_destroyer object
Singleton_destoyer the_destroyer;
Singleton_destroyer将在程序启动时创建，“当程序终止时，所有全局/静态对象都会被运行库关闭代码（由链接器插入）破坏，因此_destroyer将被破坏；其析构函数将删除Singleton，运行其析构器。”
第二条路
这叫做Meyers Singleton，由C++向导Scott Meyers创建。只需以不同的方式定义get_instance（）。现在还可以去掉指针成员变量。
// public member function
static Singleton& Singleton::get_instance()
{
static Singleton s;
return s;
}
这很简单，因为返回的值是通过引用的，您可以使用。语法而不是->来访问成员变量。
“编译器通过声明，而不是之后，然后在程序中删除静态对象结束"
还需要注意的是，使用Meyers Singleton时，如果对象在终止-相对于其他对象，Singleton何时消失？但对于简单的应用程序，这很好。"
您的代码是正确的，只是没有在类外部声明实例指针。静态变量的类内声明在C++中不被视为声明，但在其他语言（如C#或Java等）中允许这样做。
class Singleton
{
public:
static Singleton* getInstance( );
private:
Singleton( );
static Singleton* instance;
};
Singleton* Singleton::instance; //we need to declare outside because static variables are global
您必须知道Singleton实例不需要我们手动删除。我们需要在整个程序中使用它的一个对象，因此在程序执行结束时，它将被自动释放。
以下是我对如何实现正确的单线图（以及其他非平凡静态对象）的看法：https://github.com/alex4747-pub/proper_singleton
摘要：
使用静态初始化列表在正确的时间实例化单线程：在进入main之后和启用多线程之前添加一些小的改进，使其对单元测试友好。
C++11线程安全实现：
#include <iostream>
#include <thread>
class Singleton
{
private:
static Singleton * _instance;
static std::mutex mutex_;
protected:
Singleton(const std::string value): value_(value)
{
}
~Singleton() {}
std::string value_;
public:
/**
* Singletons should not be cloneable.
*/
Singleton(Singleton &other) = delete;
/**
* Singletons should not be assignable.
*/
void operator=(const Singleton &) = delete;
//static Singleton *GetInstance(const std::string& value);
static Singleton *GetInstance(const std::string& value)
{
if (_instance == nullptr)
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
if (_instance == nullptr)
{
_instance = new Singleton(value);
}
}
return _instance;
}
std::string value() const{
return value_;
}
};
/**
* Static methods should be defined outside the class.
*/
Singleton* Singleton::_instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mutex_;
void ThreadFoo(){
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
Singleton* singleton = Singleton::GetInstance("FOO");
std::cout << singleton->value() << "\n";
}
void ThreadBar(){
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
Singleton* singleton = Singleton::GetInstance("BAR");
std::cout << singleton->value() << "\n";
}
int main()
{
std::cout <<"If you see the same value, then singleton was reused (yay!\n" <<
"If you see different values, then 2 singletons were created (booo!!)\n\n" <<
"RESULT:\n";
std::thread t1(ThreadFoo);
std::thread t2(ThreadBar);
t1.join();
t2.join();
std::cout << "Complete!" << std::endl;
return 0;
}
这里是一个使用CRTP的可模拟单例。它依赖于一个小助手在任何时候（最多）强制执行一个对象。要在程序执行过程中强制执行单个对象，请删除重置（我们发现这对测试很有用）。
ConcreteSinleton可以这样实现：
class ConcreteSingleton : public Singleton<ConcreteSingleton>
{
public:
ConcreteSingleton(const Singleton<ConcreteSingleton>::PrivatePass&)
: Singleton<StandardPaths>::Singleton{pass}
{}
// ... concrete interface
int f() const {return 42;}
};
然后与一起使用
ConcreteSingleton::instance().f();
我想在这里展示C++中的另一个单例。使用模板编程是有意义的。此外，从不可复制和不可移动的类派生出单例类是有意义的。下面是代码中的样子：
#include<iostream>
#include<string>
class DoNotCopy
{
protected:
DoNotCopy(void) = default;
DoNotCopy(const DoNotCopy&) = delete;
DoNotCopy& operator=(const DoNotCopy&) = delete;
};
class DoNotMove
{
protected:
DoNotMove(void) = default;
DoNotMove(DoNotMove&&) = delete;
DoNotMove& operator=(DoNotMove&&) = delete;
};
class DoNotCopyMove : public DoNotCopy,
public DoNotMove
{
protected:
DoNotCopyMove(void) = default;
};
template<class T>
class Singleton : public DoNotCopyMove
{
public:
static T& Instance(void)
{
static T instance;
return instance;
}
protected:
Singleton(void) = default;
};
class Logger final: public Singleton<Logger>
{
public:
void log(const std::string& str) { std::cout << str << std::endl; }
};
int main()
{
Logger::Instance().log("xx");
}
拆分为NotCopyable和NotMovable类允许您更具体地定义单例（有时您希望移动单个实例）。
它将类的实例化限制为一个对象。当只需要一个对象来协调整个系统的操作时，这非常有用
class Singleton {
private:
int data;
static Singleton* instance;
Singleton();
public:
static Singleton* getInstance();
};
Singleton* Singleton::instance = 0;
Singleton::Singleton()
{
this->data = 0;
cout << "constructor called.." << endl;
}
Singleton* Singleton::getInstance() {
if (!instance) {
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
int main() {
Singleton *s = s->getInstance();
Singleton *s1 =s1->getInstance();
}
