面试题2：实现Singleton模式

题目：设计一个类，我们只能生成该类的一个实例

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分析

Singleton 即单例模式。既然题目要求只能生成类的一个实例，那我们必须把类的构造函数和拷贝构造函数设置为 private 以阻止类的调用者随意创建对象。

我们来看代码

//单例模式类包含的数据
typedef struct data{
    int a;
    //other
}data;

class singleton{
public:
    data* create(int x)
    {
        if(instance==NULL)
        {
            instance=new data;
            instance->a=x;
            //DoOtherThing
        }
        return instance;
    }
    ~singleton()
    {
        if(instance!=NULL)
        {
            delete instance;
        }
    }
private:
    singleton()
    {}
    singleton(const singleton& s)
    {}

private:
    static data* instance;
};
data* singleton::instance=NULL;

上面的代码可以在单线程环境下顺利运行。但在多线程环境中，如果两个线程同时执行 create 函数中的 if 语句，则以下这种情况是可能发生的：

线程1	线程2
if(instance==NULL) **成立**
	if(instance==NULL)**成立**
instance=new data;**生成对象**
	instance=new data;**原来的instance指向的内存丢失**

由此可见，如果直接以上面的代码在多线程环境下跑时，会有内存泄露的问题。

解决办法就是 Linux 下的 pthread 锁机制。

//同步锁，防止了在多线程程序中可能出现的问题
pthread_mutex_t lock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

class singleton{
public:
    data* create(int x)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        if(instance==NULL)
        {
            instance=new data;
            instance->a=x;
            //DoOtherThing
        }
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        return instance;
    }
    ~singleton()
    {
        if(instance!=NULL)
        {
            delete instance;
        }
    }
private:
    singleton()
    {}
 		singleton(const singleton& s)
		{}

private:
    static data* instance;
};
data* singleton::instance=NULL;

恩，我们来看看还有没有可以优化的地方。

因为加锁是一个很耗时的操作，频繁的加锁解锁会导致程序性能下降。上面的代码只有在第一次调用 create 函数时的加锁操作才是必要且有效的。所以我们在加锁前先判断一下，如果实例已经被创建，则跳过锁操作。

create 函数代码：

data* create(int x) { if(instance==NULL) { pthread_mutex_lock(&lock); if(instance==NULL) { instance=new data; instance->a=x; //DoOtherThing } pthread_mutex_unlock(&lock); } return instance; }

[完]

如果你有任何想法或是可以改进的地方，欢迎和我交流！ 完整代码和测试用例在 github 上：点我前往