单例模式（饿汉模式和懒汉模式）

单例模式也叫单件模式。Singleton是一个非常常用的设计模式，几乎所有稍微大一些的程序都会使用到它，所以构建一个线程安全并且高效的Singleton很重要。

单例模式的特点：

1>单例类保证全局只有一个唯一实例对象。

2>单例类提供获取这个唯一实例的接口。

1.下面先简单设计一个单例模式





但是这样设计会有线程安全的问题。为什么说这样实现的一个单例模式是线程不安全的呢？是因为暴露给外部接口的函数中_inst=new Singleton;是非原子操作，易出现线程安全问题。

2. 针对线程安全有以下解决方法：

（一）加锁

（二）使非原子操作变为原子的，一般系统会提供一个原子性操作函数（给CPU做一个标记，告诉CPU只要该操作开始执行就不能被切换出去）

下面主要以第一种方式来解决问题！

在Linux下POSIX机制中有lock，unlock等，但在Windows下一般不提供锁机制，使用临界区的形式，但是在C++11库中提供了锁机制。

先引入头文件：#include

定义锁变量：



在类外进行初始化：



给线程不安全的地方加锁：



但是加锁后引来一个性能问题，单例模式的设计我们讲究高效，所以在这基础上还应该优化，可以采取双重检查的方式。



上面加锁后又会引发死锁情况，如果在_inst=new Singleton;这里分配空间失败，可能会抛出异常，这时去捕获异常的话就会引发死锁的情况，针对这种情况我们可以用RAII机制去解决，类似于智能指针。





写好的代码经过编译后为可执行的二进制文件给CPU去执行，CPU可能会优化一些指令，比如：_inst=new Singleton;分为三步去执行：一是分配空间，二是调构造函数，三是赋值。加入双重检查可能会带来的一个问题是CPU对指令优化从而打乱执行顺序导致错误，如果二三步骤颠倒，没有调构造函数前可能为一个随机数或野指针，如果这时赋值，然后这时该线程被切出去，再来一个线程检查它不为0或NULL就直接返回该值导致一些意想不到的问题。我们可以调用windows系统下的函数MemoryBarrier(); //内存栅栏函数来保证下面的tmp是一个完整的对象指针。



该种就是最终版的懒汉单例模式（线程安全的且高效）.

3.下面再介绍两种饿汉单例模式：

（1）利用静态成员变量初始化在调main函数之前的特性实现，这种方式没有加锁，没有双重检查，也不用考虑异常捕获造成的内存泄漏。





（2）在调用接口函数获得对象时才临时创建



4.饿汉模式用于静态联编没有问题，但是在动态联编会出现问题。

静态编译是将链接库都加载到该目标代码中，但是动态编译是运行起来才将链接文件加载进来，这会儿用饿汉模式可能对象的初始化会存在问题。

5.完整代码已上传至github

Singleton.cpp