單例模式，可以說設計模式中最常應用的一種模式了。但是如果沒有學過設計模式的人，可能不會想到要去應用單例模式，面對單例模式適用的情況，可能會優先考慮使用全域性或者靜態變數的方式，這樣比較簡單，也是沒學過設計模式的人所能想到的最簡單的方式了。

一個簡單的單例模式實現：

建構函式宣告為private或protect防止被外部函式例項化，內部儲存一個private static的類指標儲存唯一的例項，例項的動作由一個public的類方法代勞，該方法也返回單例類唯一的例項。

程式碼:

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

Singleton* instance = NULL;

Singleton* Singleton::getInstance() 
{
	if (instance == NULL) {
		instance = new Singleton();
	}
	return instance;
}
 

這是一個很棒的實現，簡單易懂。但這是一個完美的實現嗎？不！該方法是執行緒不安全的，考慮兩個執行緒同時首次呼叫instance方法且同時檢測到p是NULL值，則兩個執行緒會同時構造一個例項給p，這是嚴重的錯誤！同時，這也不是單例的唯一實現！


一般情況下，我們建立的一些類是屬於工具性質的，基本不用儲存太多的跟自身有關的資料，在這種情況下，每次都去new一個物件，即增加了開銷，也使得程式碼更加臃腫。其實，我們只需要一個例項物件就可以。如果採用全域性或者靜態變數的方式，會影響封裝性，難以保證別的程式碼不會對全域性變數造成影響。

考慮到這些需要，我們將預設的建構函式宣告為私有的，這樣就不會被外部所new了，甚至可以將解構函式也宣告為私有的，這樣就只有自己能夠刪除自己了。在Java和C#這樣純的面向物件的語言中，單例模式非常好實現，直接就可以在靜態區初始化instance，然後通過getInstance返回，這種就被稱為餓漢式單例類。也有些寫法是在getInstance中new instance然後返回，這種就被稱為懶漢式單例類，但這涉及到第一次getInstance的一個判斷問題。

單例大約有兩種實現方法：

懶漢與餓漢：

    懶漢：故名思義，不到萬不得已就不會去例項化類，也就是說在第一次用到類例項的時候才會去例項化，所以上邊的經典方法被歸為懶漢實現；
    餓漢：餓了肯定要飢不擇食。所以在單例類定義的時候就進行例項化。

特點與選擇：

由於要進行執行緒同步，所以在訪問量比較大，或者可能訪問的執行緒比較多時，採用餓漢實現，可以實現更好的效能。這是以空間換時間。
在訪問量較小時，採用懶漢實現。這是以時間換空間。

下面的程式碼只是表示一下，跟具體哪種語言沒有關係。

單執行緒中：

Singleton* getInstance( )
{
    if (instance == NULL) {
        instance = new Singleton( );
    }
    return instance;
}
 

這樣就可以了，保證只取得了一個例項。但是在多執行緒的環境下卻不行了，因為很可能兩個執行緒同時執行到if (instance == NULL)這一句，導致可能會產生兩個例項。於是就要在程式碼中加鎖。

Singleton* getInstance()
{
    lock();
    if (instance == NULL){
       instance = new Singleton();
    }
    unlock();
    return instance;
}

但這樣寫的話，會稍稍映像效能，因為每次判斷是否為空都需要被鎖定，如果有很多執行緒的話，就愛會造成大量執行緒的阻塞。於是又想出了雙重鎖定。

Singleton* getInstance()
{
    if (instance == NULL) {
	lock();
    	if (instance == NULL) {
       		instance = new Singleton();
    	}
    	unlock();
    }
    return instance;
}

這樣只夠極低的機率下，通過越過了if (instance == NULL)的執行緒才會有進入鎖定臨界區的可能性，這種機率還是比較低的，不會阻塞太多的執行緒，但為了防止一個執行緒進入臨界區建立例項，另外的執行緒也進去臨界區建立例項，又加上了一道防禦if (instance == NULL)，這樣就確保不會重複建立了。

常用的場景

單例模式常常與工廠模式結合使用，因為工廠只需要建立產品例項就可以了，在多執行緒的環境下也不會造成任何的衝突，因此只需要一個工廠例項就可以了。

優點

1.減少了時間和空間的開銷（new例項的開銷）。
2.提高了封裝性，使得外部不易改動例項。

缺點

1. 懶漢式是以時間換空間的方式。

2. 餓漢式是以空間換時間的方式。

C++實現

//singleton.h

#ifndef UNTITLED1_SIMPLETON_H
#define UNTITLED1_SIMPLETON_H

class Singleton {
private:
    Singleton();
    Singleton(const Singleton&);  //把複製建構函式和=操作符也設為私有,防止被複制
    Singleton& operator=(const Singleton&);
    ~Singleton();

public:
    static Singleton *getInstance();
    static Singleton *instance;

};

#endif //UNTITLED1_SIMPLETON_H

//singleton.cpp

#include <cstdio>
#include "singleton.h"

Singleton* Singleton::instance = new Singleton();

Singleton::Singleton() {

}

Singleton::Singleton(const Singleton &){

}

Singleton& Singleton::operator=(const Singleton &) {

}

Singleton *Singleton::getInstance() {
    return instance;
}

//main.cpp

#include <iostream>
#include "singleton.h"

using namespace std;

int main() {
    Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();
    Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();
    if (singleton1 == singleton2) {
        cout << "singleton model" << endl;
    }
    return 0;
}

//輸出：

singleton model