C++开发面试问题：单例模式（注意线程安全问题）

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。

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

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

2. 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。

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：

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;

3. 更多思考

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：

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：

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

或者直接使用指针：

Singleton* ptr = Singleton::getInstance();

本文来自飞宇，本硕均于某中流985 CS就读，先后于百度搜索以及字节跳动电商等部门担任Linux C/C++后端研发工程师。