C++开发面试问题:单例模式(注意线程安全问题)

2023-08-10 08:17:15 浏览数 (2)

C 的单例模式是一种常见的设计模式,它保证一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。在C 中,单例模式通常有两种实现方法:饿汉模式和懒汉模式。

  1. 饿汉模式

在程序启动时就创建单例对象,因此也被称为“饱汉模式”。这种实现方法的优点是线程安全,因为在程序启动时就已经创建了单例对象,所以不需要考虑多线程同步的问题。但是缺点是可能会浪费资源,因为即使程序中并没有使用单例对象,它也已经被创建了。

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class Singleton {
private:
    Singleton() {}
    static Singleton* instance;
public:
    static Singleton* getInstance() {
        return instance;
    }
};

Singleton* Singleton::instance = new Singleton();
  1. 懒汉模式

只有当需要使用单例对象时才进行创建,因此也被称为“懒汉模式”。这种实现方法的优点是节省了资源,因为只有在需要使用单例对象时才进行创建。但是需要考虑线程安全问题,否则可能会导致多个线程同时创建单例对象。

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class Singleton {
private:
    Singleton() {}
    static Singleton* instance;
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;

线程安全问题可以通过加锁实现,例如使用std::mutex

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class Singleton {
private:
    Singleton() {}
    static Singleton* instance;
    static std::mutex mtx;
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
            if (instance == nullptr) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mtx;

在main函数中Singleton& temp = Singleton::getInstance();这样写有什么错误吗?

这样写会有问题,因为getInstance()函数返回的是一个指针类型,而不是一个引用类型。如果你这样写:

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Singleton& temp = Singleton::getInstance();

会出现以下两种情况:

  1. 如果getInstance()返回的是一个指针类型,编译器会报错,因为不能将指针类型转换成引用类型。
  2. 如果getInstance()返回的是一个引用类型,编译器不会报错,但是会出现未定义的行为。因为返回的是一个临时对象的引用,这个临时对象在函数结束时会被销毁,而你得到的引用将指向一个已经被销毁的对象,这样就会导致程序崩溃或者产生其他意想不到的结果。

正确的写法应该是这样的:

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Singleton* ptr = Singleton::getInstance();
Singleton& temp = *ptr;

或者直接使用指针:

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Singleton* ptr = Singleton::getInstance();

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