C++如何实现单例模式_C++设计模式之线程安全的懒汉与饿汉单例-C++-PHP中文网

C++如何实现单例模式_C++设计模式之线程安全的懒汉与饿汉单例

尼克

发布： 2025-12-03 11:48:08

原创

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单例模式确保类唯一实例，C++中分饿汉（程序启动时创建，线程安全）和懒汉模式；推荐C++11局部静态变量实现懒汉，线程安全且延迟加载，避免手动加锁。

c++如何实现单例模式_c++设计模式之线程安全的懒汉与饿汉单例

单例模式是一种常用的设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。在C++中实现单例时，常分为“饿汉模式”和“懒汉模式”，两者的区别在于对象创建的时机。同时，在多线程环境下，必须考虑线程安全问题。

饿汉模式：提前创建，天然线程安全

饿汉模式在程序启动时就创建实例，由于对象在main函数运行前完成初始化，因此不存在多线程竞争问题，天然线程安全。

实现方式通常使用静态成员变量，在类外定义并初始化：

class Singleton { private: static Singleton instance; // 静态实例 Singleton() {} // 私有构造 public: static Singleton& getInstance() { return instance; } Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; };

// 类外定义实例（程序启动时构造） Singleton Singleton::instance;

优点是简单、安全、无延迟；缺点是不管是否使用都会创建，可能浪费资源。

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懒汉模式：延迟创建，需处理线程安全

懒汉模式在第一次调用getInstance时才创建实例，实现延迟加载。但在多线程环境中，多个线程可能同时进入创建逻辑，导致多次构造。

C++11以后，推荐使用局部静态变量的特性来实现线程安全的懒汉模式：

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class Singleton { private: Singleton() {} public: static Singleton& getInstance() { static Singleton instance; // C++11保证线程安全 return instance; } Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; };

C++11标准规定：局部静态变量的初始化是线程安全的，首次调用getInstance时才构造，且只构造一次。这是最简洁且安全的懒汉实现。

手动加锁的懒汉模式（不推荐）

在不支持C++11或需要更复杂控制时，可使用互斥锁实现线程安全的懒汉模式：

#include <mutex>

class Singleton { private: static Singleton instance; static std::mutex mtx; Singleton() {} public: static Singleton getInstance() { if (instance == nullptr) { std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); if (instance == nullptr) { instance = new Singleton(); } } return instance; } ~Singleton() {} Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; };

// 类外定义 Singleton* Singleton::instance = nullptr; std::mutex Singleton::mtx;

注意双重检查锁定（Double-Checked Locking）需配合原子操作或内存屏障才能完全安全，否则仍有风险。因此优先推荐C++11的局部静态方式。