一、饿汉模式 (Eager Initialization)

特点：类加载时就立即创建实例

实现代码：

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class Singleton {

private:

    static Singleton* instance;  // 静态成员

    Singleton() {}  // 私有构造函数

    ~Singleton() {}

    Singleton(const Singleton&) = delete;

    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

public:

    static Singleton* getInstance() {

        return instance;  // 直接返回已创建的实例

    }

};

// 关键：类外初始化时直接创建实例

Singleton* Singleton::instance = new Singleton();

优点：

  • 线程安全：实例在程序启动时就创建，多线程访问时不会有竞争问题
  • 简单直观：实现简单，不需要考虑线程同步
  • 调用效率高：getInstance() 直接返回指针，没有锁开销

缺点：

  • 资源占用早：即使不使用也会占用内存
  • 启动慢：如果构造复杂，会影响程序启动速度
  • 依赖顺序问题：多个饿汉单例的初始化顺序不确定

二、饱汉模式 (Lazy Initialization)

特点：第一次使用时才创建实例

基础版本（非线程安全）：

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class Singleton {

private:

    static Singleton* instance;

    Singleton() {}

    ~Singleton() {}

    Singleton(const Singleton&) = delete;

    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

public:

    static Singleton* getInstance() {

        if (instance == nullptr) {          // 第一次检查

            instance = new Singleton();     // 创建实例

        }

        return instance;

    }

};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;  // 初始化为空

线程安全版本（双检锁）：

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#include <mutex>

class Singleton {

private:

    static Singleton* instance;

    static std::mutex mtx;

    Singleton() {}

    ~Singleton() {}

    Singleton(const Singleton&) = delete;

    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

public:

    static Singleton* getInstance() {

        if (instance == nullptr) {               // 第一次检查（避免每次加锁）

            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 加锁

            if (instance == nullptr) {           // 第二次检查（确保只创建一次）

                instance = new Singleton();

            }

        }

        return instance;

    }

};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;

std::mutex Singleton::mtx;

C++11 之后更简洁的线程安全版本：

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class Singleton {

private:

    Singleton() {}

    ~Singleton() {}

    Singleton(const Singleton&) = delete;

    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

public:

    static Singleton& getInstance() {

        static Singleton instance;  // C++11 保证静态局部变量初始化是线程安全的

        return instance;

    }

};

三、对比表格

特性 饿汉模式 传统饱汉模式（双检锁） C++11静态局部变量
创建时机 程序启动时
（main函数之前）		 第一次调用 getInstance() 时 第一次调用 getInstance() 时
线程安全 ✅ 天然线程安全
（静态初始化阶段）		 ✅ 需要双检锁等机制
（手动实现）		 ✅ 编译器保证线程安全
（C++11标准规定）
资源占用 ❌ 启动即占用内存
（即使不用）		 ✅ 使用时才占用内存 ✅ 使用时才占用内存
启动速度 ⚠️ 可能较慢
（如果构造复杂）		 ✅ 启动快 ✅ 启动快
实现复杂度 ✅ 简单 ❌ 复杂
（需正确实现双检锁）		 ✅ 非常简洁
（一行代码）
性能开销 ✅ 调用无锁开销 ⚠️ 有锁检查开销
（即使已初始化）		 ✅ 几乎无开销
（编译器优化）
销毁控制 ❌ 需手动管理 ❌ 需手动管理 ✅ 自动管理
（程序结束时）
C++版本要求 C++98 C++98（需要锁）
C++11（原子操作）		 C++11及以上
内存泄漏风险 ⚠️ 需正确释放 ⚠️ 需正确释放 ✅ 无泄漏风险
代码示例 cpp<br>static T* instance = new T();<br> cpp<br>if (!instance) {<br> lock();<br> if (!instance) {<br> instance = new T();<br> }<br>}<br> cpp<br>static T instance;<br>return instance;<br>
适用场景 1. 实例小、构造简单
2. 程序必用
3. 多线程环境
4. C++98项目		 1. 实例大、构造复杂
2. 可能不用
3. C++98项目
4. 需要延迟初始化		 绝大多数场景
1. C++11+项目
2. 需要延迟初始化
3. 要求代码简洁
4. 需要自动清理

性能对比数据

操作 饿汉模式 双检锁饱汉 C++11静态局部变量
第一次调用 0-10 ns 50-100 ns 20-50 ns
后续调用 0-5 ns 10-20 ns 0-5 ns
内存占用 立即占用 延迟占用 延迟占用
线程竞争 无竞争 有锁竞争 首次有竞争，后续无

四、选择建议

使用饿汉模式当：

  • 单例对象小，构造简单
  • 程序运行期间一定会用到
  • 对性能要求高，希望无锁访问
  • 多线程环境下不想处理同步问题

使用饱汉模式当：

  • 单例对象大，构造复杂或耗时
  • 可能整个程序都不会用到该实例
  • 对启动速度有要求
  • 使用 C++11 或以上版本（可用静态局部变量）

到此这篇关于C++ 单例模式两种实现方式的文章就介绍到这了

# 单例模式 # c++ # 开发语言
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