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揭秘C语言中单例模式的经典实现与实战技巧

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单例模式是一种常用的设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在C语言中实现单例模式，可以避免资源浪费，并保证全局访问的一致性。本文将详细介绍C语言中单例模式的经典实现方法，并分享一些实战技巧。

单例模式的基本原理

单例模式的核心思想是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在C语言中，通常通过以下步骤实现：

  1. 私有化构造函数，防止外部直接创建实例。
  2. 提供一个静态方法，用于获取类的唯一实例。
  3. 使用静态变量存储类的唯一实例。

经典实现方法

以下是一个C语言中单例模式的经典实现示例：

#include <stdio.h>

// 定义单例类
typedef struct {
    int value;
} Singleton;

// 静态变量存储类的唯一实例
static Singleton* instance = NULL;

// 私有化构造函数
static Singleton* createInstance() {
    if (instance == NULL) {
        instance = (Singleton*)malloc(sizeof(Singleton));
        if (instance != NULL) {
            instance->value = 0;
        }
    }
    return instance;
}

// 公共接口，用于获取类的唯一实例
Singleton* getInstance() {
    if (instance == NULL) {
        instance = createInstance();
    }
    return instance;
}

// 模拟业务方法
void setValue(Singleton* singleton, int value) {
    if (singleton != NULL) {
        singleton->value = value;
    }
}

// 模拟业务方法
int getValue(Singleton* singleton) {
    if (singleton != NULL) {
        return singleton->value;
    }
    return -1;
}

int main() {
    Singleton* singleton1 = getInstance();
    setValue(singleton1, 10);
    printf("Singleton1 value: %d\n", getValue(singleton1));

    Singleton* singleton2 = getInstance();
    printf("Singleton2 value: %d\n", getValue(singleton2));

    return 0;
}

实战技巧

  1. 懒汉式单例：以上示例中，单例实例在第一次调用getInstance()方法时创建。这种方式称为懒汉式单例，适用于单例实例创建开销较大，且不需要立即创建的场景。

  2. 饿汉式单例：在程序启动时创建单例实例，这种方式称为饿汉式单例。以下是一个饿汉式单例的示例：

#include <stdio.h>

typedef struct {
    int value;
} Singleton;

// 静态变量存储类的唯一实例
static Singleton instance = {0};

// 公共接口，用于获取类的唯一实例
Singleton* getInstance() {
    return &instance;
}

// 模拟业务方法
void setValue(Singleton* singleton, int value) {
    if (singleton != NULL) {
        singleton->value = value;
    }
}

// 模拟业务方法
int getValue(Singleton* singleton) {
    if (singleton != NULL) {
        return singleton->value;
    }
    return -1;
}

int main() {
    Singleton* singleton = getInstance();
    setValue(singleton, 10);
    printf("Singleton value: %d\n", getValue(singleton));

    return 0;
}
  1. 线程安全：在多线程环境下，单例实例的创建和访问需要保证线程安全。可以使用互斥锁（mutex）来保护单例实例的创建过程。以下是一个线程安全的懒汉式单例示例：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

typedef struct {
    int value;
} Singleton;

// 静态变量存储类的唯一实例
static Singleton* instance = NULL;
// 互斥锁
static pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

// 线程安全的创建实例函数
static Singleton* createInstance() {
    if (instance == NULL) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (instance == NULL) {
            instance = (Singleton*)malloc(sizeof(Singleton));
            if (instance != NULL) {
                instance->value = 0;
            }
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return instance;
}

// 线程安全的公共接口
Singleton* getInstance() {
    if (instance == NULL) {
        instance = createInstance();
    }
    return instance;
}

// 模拟业务方法
void setValue(Singleton* singleton, int value) {
    if (singleton != NULL) {
        singleton->value = value;
    }
}

// 模拟业务方法
int getValue(Singleton* singleton) {
    if (singleton != NULL) {
        return singleton->value;
    }
    return -1;
}

int main() {
    Singleton* singleton = getInstance();
    setValue(singleton, 10);
    printf("Singleton value: %d\n", getValue(singleton));

    return 0;
}

通过以上经典实现和实战技巧，相信您已经对C语言中单例模式有了更深入的了解。在实际开发中，根据具体需求选择合适的单例模式实现方式，可以提高代码的可读性和可维护性。

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