單例銷毀 C 單例模式的模板實現

單例模式是一種建立型的設計模式（creational design patterns），使用單例模式進行設計的類在程式中只擁有乙個例項（single instance），這個類稱為單例類，它會提供乙個全域性的訪問入口（global access point），關於單例模式的討論可以參考singleton revisited；基於這兩個特點，單例模式可以有以下幾種實現：

scott meyers 在 effective c++ 的 item 4: make sure that objects are initialized before they're used 裡面提出了一種利用 c++ 的static關鍵字來實現的單例模式，這種實現非常簡潔高效，它的特點是：

僅當程式第一次執行到getinstance函式時，執行instance物件的初始化；

在 c++ 11 之後，被static修飾的變數可以保證是執行緒安全的；

templateclass singleton
singleton(t&&) = delete;
singleton(const t&) = delete;
void operator= (const t&) = delete;
protected:
singleton() = default;
virtual ~singleton() = default;
};

通過禁用單例類的 copy constructor，move constructor 和 operator= 可以防止類的唯一例項被拷貝或移動；不暴露單例類的 constructor 和 destructor 可以保證單例類不會通過其他途徑被例項化，同時將兩者定義為 protected 可以讓其被子類繼承並使用。

lazy singleton 是一種比較傳統的實現方法，通過其名字可以看出來它也具有 lazy-evaluation 的特點，但在實現的時候需要考慮執行緒安全的問題：

templateclass lazysingleton
if (t_ == nullptr)
}lazysingleton(t&&) = delete;
lazysingleton(const t&) = delete;
void operator= (const t&) = delete;
protected:
lazysingleton() = default;
virtual ~lazysingleton() = default;
};templateunique_ptrlazysingleton::t_;
templatemutex lazysingleton::mtx_;

我們通過模板引數is_thread_safe來控制這個類是否是執行緒安全的，因為在某些場景下我們會希望每個執行緒擁有乙個例項：

當is_thread_safe == false，即非執行緒安全時，我們在getinstance函式中直接判斷，初始化並返回單例物件；這裡使用了unique_ptr防止執行緒銷毀時發生記憶體洩漏，也可以在析構函式中銷毀指標；

當is_thread_safe == true時，我們通過 double-checked locking 來進行檢查並加鎖，防止單例類在每個執行緒上都被例項化。

和 lazy singleton 相反，eager singleton 利用 static member variable 的特性，在程式進入 main 函式之前進行初始化，這樣就繞開了執行緒安全的問題：

templateclass eagersingleton
eagersingleton(t&&) = delete;
eagersingleton(const t&) = delete;
void operator= (const t&) = delete;
protected:
eagersingleton() = default;
virtual ~eagersingleton() = default;
};templatet* eagersingleton::t_ = new (std::nothrow) t;

但是它也有兩個問題：

即使單例物件不被使用，單例類物件也會進行初始化；

static initialization order fiasco，即 t_ 物件和getinstance函式的初始化先後順序是不固定的；

將上面實現的四種 singleton 分別繼承下來作為 functor 傳入執行緒物件進行測試：

class foo : public singleton
};class lazyfoo : public lazysingleton
};class threadsafelazyfoo : public lazysingleton
};class eagerfoo : public eagersingleton
};void singletontest()

輸出結果為：

0x60d110 0x60d110 0x7f92380008c0 0x7f92300008c0 0x7f92300008e0 0x7f92300008e0 0x1132010

0x1132010

可以看到只有第二組非執行緒安全的lazysingleton在兩個執行緒中輸出的例項位址是不同的，其它的 singleton 均是執行緒安全的。

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