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?


当前回答

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;
 }

其他回答

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。

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();

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。