一.概述：

因为在设计或开发中，肯定会有这么一种情况，一个类只能有一个对象被创建，如果有多个对象的话，可能会导致状态的混乱和不一致。这种情况下，单例模式是最恰当的解决办法。有很多地方需要这样的功能模块，如系统的日志输出，GUI应用必须是单鼠标，MODEM的联接需要一条且只需要一条电话线，操作系统只能有一个窗口管理器，一台PC连一个键盘。单例模式有很多种实现方式，各自的特性不相同，使用的情形也不相同。今天要实现的是常用的三种，分别是饿汉式、懒汉式和多线程式。

《设计模式》一书中的实现有三个要素，定义一个单例类，要使用类的私有静态指针变量指向类的唯一实例（即在类中就生成一个对象），并用一个公有的静态方法获取该实例，并把构造函数定义为protected或private。

二.懒汉式实现单例模式：

懒汉式的特点是延迟加载，懒汉么，很懒，它只在要用到实例时才加载实例。

/****************************************2>FileName:lanhan.cpp3>Author:xiaoxiaohui4>mail:1924224891@qq.com5>CreatedTime:2016年05月07日星期六15时01分25秒6****************************************/78#include<iostream>9usingnamespacestd1011classSingleton12{13private:14Singleton()15{}16staticSingleton*_instace;//静态的私有的17public:18staticSingleton*GetInstace()19{20if(_instance==NULL)21{22_instance=newSingleton();23}24return_instance;//如果非空则new一个对象后者返回原来的两个对象（所以保证了只有一个对象生成）25}2627}28

上面的这一实现存在内存泄露问题，因为没有释放_instance指针，下面为懒汉式的改进版：

8#include<iostream>9usingnamespacestd1011classSingleton12{13private:14Singleton()15{}16staticSingleton*_instance;//静态的私有的1718classdel19{20public:21~del()22{23if(Singleton::_instance!=NULL)24{25deleteSingleton::_instance;26Singleton::_instance=NULL;27}28}29}30staticdeld;//静态变量会在程序结束时调用它的析构函数31public:32staticSingleton*GetInstance()33{34if(_instance==NULL)35{36_instance=newSingleton();37}38return_instance;//如果非空则new一个对象后者返回原来的两个对象（所以保证了只有一个对象生成）39}4041}

该实现会在程序结束时调用静态变量的析构函数，从而delete了唯一的Singleton对象。

使用这种方法释放单例对象有以下特征：
1.在单例类内部定义专有的嵌套类。
2.在单例类内定义私有的专门用于释放的静态成员。
3.利用程序在结束时析构全局变量的特性，选择最终的释放时机。

但是现在还有问题，如果在多线程环境下，因为“if(_instance == NULL)”并不是原子的，会存在线程安全问题（如果一个线程刚刚判断了指针为空，这时另一个线程的优先级更高或者其它原因，打断了原来线程的执行，再次判断指针也会为空，所以会出现两个实例）下面为多线程环境下的懒汉式单例模式：

8#include<iostream>9#include<stdlib.h>10#include<pthread.h>1112pthread_mutex_tlock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;13usingnamespacestd1415classSingleton16{17private:18Singleton()19{}20staticSingleton*_instance;//静态的私有的2122classdel23{24public:25~del()26{27if(Singleton::_instance!=NULL)28{29deleteSingleton::_instance;30Singleton::_instance=NULL;31}32}33}34staticdeld;//静态变量会在程序结束时调用它的析构函数35public:36staticSingleton*GetInstance()37{38pthread_mutex_lock(&lock);39if(_instance==NULL)40{41_instance=newSingleton();42}43pthread_mutex_unlock(&lock);44return_instance;//如果非空则new一个对象后者返回原来的两个对象（所以保证了只有一个对象生成）45}4647}48

但现在还有问题，当有大量的线程时，只会有一个线程进入互斥锁，然后执行下面的代码而其它线程只能等待，并且加锁是一个繁重的过程，这样会导致加很多次锁，这样就太不高效了。下面是高效版的多线程环境下的懒汉式单例模式：

8#include<iostream>9#include<stdlib.h>10#include<pthread.h>1112pthread_mutex_tlock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;13usingnamespacestd1415classSingleton16{17private:18Singleton()19{}20staticSingleton*_instance;//静态的私有的2122classdel23{24public:25~del()26{27if(Singleton::_instance!=NULL)28{29deleteSingleton::_instance;30Singleton::_instance=NULL;31}32}33}34staticdeld;//静态变量会在程序结束时调用它的析构函数35public:36staticSingleton*GetInstance()37{38if(_instance==NULL)39{40pthread_mutex_lock(&lock);41if(_instance==NULL)42{43_instance=newSingleton();44}45pthread_mutex_unlock(&lock);46}47return_instance;//如果非空则new一个对象后者返回原来的两个对象（所以保证了只有一个对象生成）48}4950}

这样只有没有Singleton实例时才会进入加锁的代码，而当有Singleton实例时不需要进入加锁的代码中，直接返回已存在的实例就行了。

三.饿汉式的单例模式：在一开始就创建实例，要用时直接返回即可。饿汗式的单例模式没有线程安全问题，因为所以线程都只能访问一个已存在的对象，无论线程怎么调度都不会有多个对象出现。因为对象是一个静态变量（不是指针），会在程序结束时自动调用它的析构函数，所以不用考虑内存泄露问题。

饿汗式的特点：代码简单，不会出现内存泄露，是线程安全的。

1/****************************************2>FileName:erhan.cpp3>Author:xiaoxiaohui4>mail:1924224891@qq.com5>CreatedTime:2016年05月07日星期六16时10分56秒6****************************************/78#include<iostream>9usingnamespacestd101112classSingleton13{14private:15Singleton()16{}17staticSingletoninstance;//静态变量只会有一份数据存在从而保证只有一个实例18public:19staticSingleton&GetInstance()20{21returninstance;22}23}

声明一个局部的静态变量，而静态变量在全局范围内只有一份数据，所以无论调用多少此GetInstance，返回的都是那一个实例。

但这个实现存在问题，Singleton singleton = Singleton :: GetInstance()，这么做就出现了一个类拷贝的问题，这就违背了单例的特性。产生这个问题原因在于：因为在这里没有实现拷贝构造函数，编译器会为类生成一个默认的拷贝构造函数，来支持类的拷贝。

解决方法：1.自己再定义一个拷贝构造函数和operator=，这个拷贝构造函数和operator=什么都不做。

2.返回一个Singleton指针。

下面为方法2的代码：

8#include<iostream>9usingnamespacestd101112classSingleton13{14private:15Singleton()16{}17staticSingletoninstance;//静态变量只会有一份数据存在从而保证只有一个实例18public:19staticSingleton*GetInstance()20{21return&instance;22}23}

总结：单例模式适用于只允许一个实例存在的情况，它的实现必须满足三个条件，一是必须在类中就定义一个实例；二是必须有一个公有的静态方法来获取该实例；三是构造函数必须是私有的，来保证不容许别人通过调用构造函数来生成一个实例。在实现时要注意内存泄露问题，线程安全问题，性能问题。