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在C++程序中,单例模式是一个常见的设计模式。它的核心思想是确保某一类只有一个实例被创建,并且可以从整个程序中访问。这种设计模式通过私有化构造函数和静态成员变量来实现,避免了多次创建同一类实例的可能性。
class MyCAS {private: MyCAS() {};//构造函数私有化,无法直接创建对象private: static MyCAS *m_instance;public: static MyCAS *GetInstance() { if (m_instance == nullptr) { m_instance = new MyCAS(); } return m_instance;}} 在程序启动时,可以在全局范围内初始化静态成员变量:
MyCAS *MyCAS::m_instance = nullptr;
在需要使用单例类时,通过Singleton模式获取实例:
MyCAS *p_a = MyCAS::GetInstance();
即使有多个线程调用GetInstance(),也只会返回同一个唯一实例。
为了确保在程序退出时释放资源,可以使用辅助类实现自动释放:
class GarRelease {public: ~GarRelease() { if (MyCAS::m_instance) { delete MyCAS::m_instance; MyCAS::m_instance = nullptr; } }} 在Singleton类中嵌入该释放逻辑:
static MyCAS *GetInstance() { std::unique_lock lock(mymutex); if (m_instance == nullptr) { m_instance = new MyCAS(); static GarRelease release; } return m_instance;} 这样可以确保在多线程环境下也能正确管理单例对象的生命周期。
在单例模式中,一个常见的问题是如何在多线程环境下安全地初始化和共享数据。当数据是只读时,可以避免使用互斥锁,但在需要初始化时仍需确保线程安全。
如果多个线程同时调用Singleton的GetInstance(),为了防止多次初始化,可以在Singleton类中使用互斥锁:
static MyCAS *GetInstance() { std::unique_lock lock(mymutex); if (m_instance == nullptr) { m_instance = new MyCAS(); static GarRelease release; } return m_instance;} 这样可以防止多个线程同时进入Singleton的初始化逻辑,确保数据共享的安全性。
C++11引入了std::call_once函数,用于确保某个函数只被调用一次。这在处理共享资源时非常有用,特别是在多线程环境中。call_once函数结合一个标记(如std::once_flag)来实现其功能。
使用call_once可以避免重复初始化共享资源,并且比传统的互斥锁更高效。在Singleton类中,可以将初始化逻辑包裹在一个调用call_once的函数中:
class MyCAS {public: static void CreateInstance() { m_instance = new MyCAS(); static GarRelease release; } static MyCAS *GetInstance() { std::call_once(g_flag, CreateInstance); return m_instance;}} 这样,多个线程同时调用GetInstance()时,只有一个线程会执行CreateInstance(),其他线程会直接返回已有的实例。这种方式比传统的互斥锁更高效,且代码更简洁。
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