⭐ 题目日期：

金山 - 2024/12/31

📝 题解：

class Singleton {
public:
    // 获取单例对象的唯一接口（线程安全、延迟初始化）
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance; // C++11 保证静态局部变量初始化线程安全
        return instance;
    }

    // 删除拷贝构造函数和赋值操作符
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

private:
    // 私有构造函数，禁止外部实例化
    Singleton() = default;
};

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口述要点解析

1. 线程安全：

   • C++11 标准规定，静态局部变量的初始化是线程安全的，无需手动加锁。编译器会自动插入线程安全代码（如原子操作或互斥锁）。
   • 对比旧标准的“双重检查锁定”（DCLP），此实现更简洁且无潜在风险。

2. 延迟初始化：

   • 静态局部变量 instance 在首次调用 getInstance() 时初始化，避免不必要的资源占用。

3. 防拷贝和防赋值：

   • 显式删除拷贝构造函数和赋值操作符（= delete），防止通过拷贝或赋值创建新实例。

4. 构造函数私有化：

   • 将默认构造函数设为私有（private），禁止外部直接实例化对象。

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常见追问与应对

1. 为什么用静态局部变量而不是静态成员变量？

   • 静态成员变量需要在类外单独初始化（违反封装），而静态局部变量通过函数访问，保证唯一性和延迟初始化。

2. 如何保证线程安全？

   • C++11 标准明确规定，静态局部变量的初始化由编译器保证线程安全，类似隐式加锁，但无性能损耗。

3. 是否可以用指针返回单例？

   • 可以（如返回 Singleton*），但返回引用更安全，避免用户误调用 delete。

4. 是否需要考虑析构函数？

   • 单例通常生命周期与程序一致，无需手动释放。若需资源清理，可将析构函数设为私有，或在 getInstance() 中控制。

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其他实现对比（补充说明）

• 双重检查锁定（DCLP）：

  // 不推荐！旧标准下的复杂实现，C++11 后已过时
  Singleton* Singleton::instance = nullptr;
  std::mutex Singleton::mutex;
  
  Singleton* Singleton::getInstance() {
      if (instance == nullptr) {          // 第一次检查
          std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
          if (instance == nullptr) {      // 第二次检查
              instance = new Singleton();
          }
      }
      return instance;
  }

  • 缺点：需手动管理内存，旧编译器可能存在指令重排问题（需 volatile 或内存屏障），代码冗余。

• 饿汉式单例：

  // 程序启动时立即初始化，可能浪费资源
  class Singleton {
      static Singleton instance; // 在类外初始化
      // ...
  };

  • 缺点：无法延迟初始化，可能影响启动速度。