單例模式是一種常用的設計模式，其核心是確保一個類在全局只有唯一實例，并提供一個全局訪問點。

一、核心原理

1. 限制實例化：通過私有化類的構造函數、拷貝構造函數和賦值運算符，禁止外部直接創建實例或復制實例。
2. 唯一實例：在類內部維護一個靜態的自身實例指針，確保全局只有一個實例。
3. 全局訪問：提供一個靜態的公開接口（如 getInstance()），讓外部通過該接口獲取唯一實例。

二、常見的單例模式實現方式

1. 懶漢式（Lazy Initialization）

實例在第一次被使用時才創建（延遲初始化），節省資源。

#include <QMutex>
#include <QScopedPointer>class Singleton {
public:// 全局訪問點：獲取唯一實例static Singleton& getInstance() {// 雙重檢查鎖定（DCLP），避免多線程下重復創建if (m_instance.isNull()) {QMutexLocker locker(&m_mutex); // 加鎖，確保線程安全if (m_instance.isNull()) {m_instance.reset(new Singleton()); // 首次調用時創建實例}}return *m_instance;}// 示例：單例提供的功能方法void doSomething() {// ... 業務邏輯 ...}private:// 私有化構造函數：禁止外部創建實例Singleton() {}// 私有化拷貝構造和賦值運算符：禁止復制Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;// 靜態成員：存儲唯一實例static QScopedPointer<Singleton> m_instance;static QMutex m_mutex; // 互斥鎖，確保多線程安全
};// 初始化靜態成員（類外定義）
QScopedPointer<Singleton> Singleton::m_instance(nullptr);
QMutex Singleton::m_mutex;

2. 餓漢式（Eager Initialization）

實例在程序啟動時（類加載時）就創建，避免多線程同步問題，但可能提前占用資源。

class Singleton {
public:// 全局訪問點：直接返回預創建的實例static Singleton& getInstance() {static Singleton instance; // 靜態局部變量，程序啟動時初始化return instance;}void doSomething() {// ... 業務邏輯 ...}private:// 私有化構造函數Singleton() {}// 禁止復制Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};

三、關鍵實現細節解析

1. 私有化構造函數
   private 權限的構造函數阻止外部通過 new Singleton() 或 Singleton obj 創建實例，確保實例只能在類內部創建。

2. 禁止復制和賦值
   通過 = delete 顯式刪除拷貝構造函數和賦值運算符，避免外部通過 Singleton obj = Singleton::getInstance() 復制實例，保證唯一性。

3. 靜態實例與全局訪問
   類內部的靜態成員（m_instance 或靜態局部變量）存儲唯一實例，getInstance() 靜態方法提供全局訪問入口，確保任何地方都能獲取同一個實例。

4. 線程安全處理

   • 懶漢式中使用 QMutex 加鎖，避免多線程同時調用 getInstance() 時創建多個實例（雙重檢查鎖定進一步優化性能）。
   • 餓漢式依賴靜態變量的初始化特性（C++11 后靜態局部變量初始化是線程安全的），無需額外加鎖。

四、單例模式的適用場景與特點

使用場景

• 全局配置管理（如程序的配置類）。
• 設備管理器（如硬件設備的唯一控制實例）。
• 緩存管理器（避免重復創建緩存對象）。

日志工具（確保日志寫入的唯一性）。

//ErrorLogger.h文件
#ifndef ERRORLOGGER_H
#define ERRORLOGGER_H#include <QString>
#include <QMutex>// 錯誤日志工具類（單例模式）
class ErrorLogger
{
public:// 獲取單例實例static ErrorLogger& getInstance();// 禁止拷貝和賦值ErrorLogger(const ErrorLogger&) = delete;ErrorLogger& operator=(const ErrorLogger&) = delete;// 寫入錯誤日志void writeLog(const QString& errorMessage);// 設置日志文件路徑（默認當前目錄下的error.log）void setLogFilePath(const QString& path);private:// 私有構造函數（單例模式）ErrorLogger();QString m_logFilePath; // 日志文件路徑QMutex m_mutex;       // 互斥鎖，確保多線程安全
};#endif // ERRORLOGGER_H//ErrorLogger.cpp文件
#include "ErrorLogger.h"
#include <QFile>
#include <QTextStream>
#include <QDateTime>
#include <QDir>
#include <QDebug>ErrorLogger::ErrorLogger()
{// 默認日志路徑：當前程序目錄下的error.logm_logFilePath = QDir::currentPath() + "/error.log";
}ErrorLogger& ErrorLogger::getInstance()
{static ErrorLogger instance;return instance;
}void ErrorLogger::setLogFilePath(const QString& path)
{m_logFilePath = path;
}void ErrorLogger::writeLog(const QString& errorMessage)
{// 多線程加鎖，避免日志寫入沖突QMutexLocker locker(&m_mutex);// 獲取當前時間戳（格式：yyyy-MM-dd hh:mm:ss）QString timeStamp = QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");// 構建日志內容（時間 + 錯誤信息）QString logContent = QString("[%1] Error: %2\n").arg(timeStamp).arg(errorMessage);// 打開文件（以追加模式，不存在則創建）QFile file(m_logFilePath);if (!file.open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Append | QIODevice::Text)) {qDebug() << "無法寫入日志文件:" << file.errorString();return;}// 寫入日志QTextStream out(&file);out << logContent;file.close();
}//main.cpp文件
// 寫入錯誤日志（包含系統錯誤信息）ErrorLogger::getInstance().writeLog(QString("文件打開失敗: %1（路徑：%2）").arg(file.errorString()).arg(file.fileName()));
// 可選：設置自定義日志路徑（如程序數據目錄）ErrorLogger::getInstance().setLogFilePath(QDir::homePath() + "/myapp/logs/error.log");

spdlog第三方庫實現

鏈接: C++日志記錄庫SPDLog簡介
spdlog學習—安裝及基本使用
spdlog是一個高性能、超快速、零配置的C++日志庫，它旨在提供簡潔的API和豐富的功能，同時保持高性能的日志記錄。它支持多種輸出目標、格式化選項、線程安全以及異步日志記錄。

• 高性能：spdlog專為速度而設計，即使在高負載情況下也能保持良好的性能
• 零配置：無需復雜的配置，只需包含頭文件即可在項目中使用
• 異步日志：支持異步日志記錄，減少對主線程的影響
• 格式化：支持自定義日志消息的格式化，包括時間戳、線程ID、日志級別等
• 多平臺：跨平臺兼容，支持Windows、Linux、MacOS等操作系統
• 豐富的API：提供豐富的日志級別和操作符重載，方便記錄各種類型的日志
• 多目標輸出：可以將日志輸出到控制臺、普通文本文件、循環寫入文件（rotating log files）、每日生成新文件（daily logs）、系統日志等目標，同時也支持異步寫入以提高性能。
• 豐富的日志級別：Spdlog 支持常見的日志級別，如 TRACE、DEBUG、INFO、WARN、ERROR、CRITICAL 等，用戶可以根據需要選擇不同級別的日志輸出。
• 條件日志：根據預定義的條件開關，可以動態啟用或禁用特定級別的日志輸出。

使用步驟

spdlog庫的使用也非常簡單，只需要下載源代碼，然后把根目錄下的include目錄下的文件拷貝到我們的工程下，在工程中包含相應的頭文件即可。

• 控制臺打印

  #include <spdlog/spdlog.h>#include <string.h>#include <iostream>int main(){// 普通打印spdlog::info("Welcome to info spdlog!");// 格式化打印// 打印字符串spdlog::info("Hello World {}", "spdlog!");// 打印數字spdlog::error("spdlog errCode : {}", -10020);// 指定打印數字的占位符spdlog::warn("spdlog format char {:08d}", 12);// 格式化打印不同進制的數據spdlog::critical("Support for int:{0:d} hex:{0:x} oct:{0:o} bin:{0:b}", 42);// 打印浮點型數據spdlog::info("float args are {:03.2f}", 1.23456);// 打印多個參數spdlog::info("string args are {0} {1}..", "too", "supported");spdlog::info("number args are {0} {1} {2}..", 10020, 10040, -100);system("pause");}

• 在文件中打印日志

  #include <spdlog/spdlog.h>#include <spdlog/sinks/basic_file_sink.h>#include <string.h>#include <iostream>int main(){try{// 參數1 日志標識符, 參數2 日志文件名std::shared_ptr<spdlog::logger> mylogger = spdlog::basic_logger_mt("spdlog", "spdlog.log");// 設置日志格式. 參數含義: [日志標識符] [日期] [日志級別] [線程號] [數據]mylogger->set_pattern("[%n][%Y-%m-%d %H:%M:%S.%e] [%l] [%t]  %v");mylogger->set_level(spdlog::level::debug);spdlog::flush_every(std::chrono::seconds(5)); // 定期刷新日志緩沖區mylogger->trace("Welcome to info spdlog!");mylogger->debug("Welcome to info spdlog!");mylogger->info("Welcome to info spdlog!");mylogger->warn("Welcome to info spdlog!");mylogger->error("Welcome to info spdlog!");mylogger->critical("Welcome to info spdlog!");// 刷新mylogger->flush_on(spdlog::level::debug);}catch (const spdlog::spdlog_ex& ex){std::cout << "Log initialization failed: " << ex.what() << std::endl;}system("pause");}

執行結果。執行程序后就會在當前目錄下生成一個spdlog.log文件，看下打印內容

特點

• 優點：
  確保全局唯一實例，減少資源消耗（如頻繁創建銷毀實例的開銷），提供統一的訪問點。

• 缺點：
  單例本質是全局變量，可能導致代碼耦合度升高；測試困難（單例狀態難以隔離）；在多線程環境下需謹慎處理同步問題。

通過上述實現，單例模式能有效控制類的實例數量，在需要全局唯一訪問點的場景中非常實用。