单例模式是一种常用的设计模式，其核心是确保一个类在全局只有唯一实例，并提供一个全局访问点。

一、核心原理

1. 限制实例化：通过私有化类的构造函数、拷贝构造函数和赋值运算符，禁止外部直接创建实例或复制实例。
2. 唯一实例：在类内部维护一个静态的自身实例指针，确保全局只有一个实例。
3. 全局访问：提供一个静态的公开接口（如 getInstance()），让外部通过该接口获取唯一实例。

二、常见的单例模式实现方式

1. 懒汉式（Lazy Initialization）

实例在第一次被使用时才创建（延迟初始化），节省资源。

#include <QMutex>
#include <QScopedPointer>class Singleton {
public:// 全局访问点：获取唯一实例static Singleton& getInstance() {// 双重检查锁定（DCLP），避免多线程下重复创建if (m_instance.isNull()) {QMutexLocker locker(&m_mutex); // 加锁，确保线程安全if (m_instance.isNull()) {m_instance.reset(new Singleton()); // 首次调用时创建实例}}return *m_instance;}// 示例：单例提供的功能方法void doSomething() {// ... 业务逻辑 ...}private:// 私有化构造函数：禁止外部创建实例Singleton() {}// 私有化拷贝构造和赋值运算符：禁止复制Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;// 静态成员：存储唯一实例static QScopedPointer<Singleton> m_instance;static QMutex m_mutex; // 互斥锁，确保多线程安全
};// 初始化静态成员（类外定义）
QScopedPointer<Singleton> Singleton::m_instance(nullptr);
QMutex Singleton::m_mutex;

2. 饿汉式（Eager Initialization）

实例在程序启动时（类加载时）就创建，避免多线程同步问题，但可能提前占用资源。

class Singleton {
public:// 全局访问点：直接返回预创建的实例static Singleton& getInstance() {static Singleton instance; // 静态局部变量，程序启动时初始化return instance;}void doSomething() {// ... 业务逻辑 ...}private:// 私有化构造函数Singleton() {}// 禁止复制Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};

三、关键实现细节解析

1. 私有化构造函数
   private 权限的构造函数阻止外部通过 new Singleton() 或 Singleton obj 创建实例，确保实例只能在类内部创建。

2. 禁止复制和赋值
   通过 = delete 显式删除拷贝构造函数和赋值运算符，避免外部通过 Singleton obj = Singleton::getInstance() 复制实例，保证唯一性。

3. 静态实例与全局访问
   类内部的静态成员（m_instance 或静态局部变量）存储唯一实例，getInstance() 静态方法提供全局访问入口，确保任何地方都能获取同一个实例。

4. 线程安全处理

   • 懒汉式中使用 QMutex 加锁，避免多线程同时调用 getInstance() 时创建多个实例（双重检查锁定进一步优化性能）。
   • 饿汉式依赖静态变量的初始化特性（C++11 后静态局部变量初始化是线程安全的），无需额外加锁。

四、单例模式的适用场景与特点

使用场景

• 全局配置管理（如程序的配置类）。
• 设备管理器（如硬件设备的唯一控制实例）。
• 缓存管理器（避免重复创建缓存对象）。

日志工具（确保日志写入的唯一性）。

//ErrorLogger.h文件
#ifndef ERRORLOGGER_H
#define ERRORLOGGER_H#include <QString>
#include <QMutex>// 错误日志工具类（单例模式）
class ErrorLogger
{
public:// 获取单例实例static ErrorLogger& getInstance();// 禁止拷贝和赋值ErrorLogger(const ErrorLogger&) = delete;ErrorLogger& operator=(const ErrorLogger&) = delete;// 写入错误日志void writeLog(const QString& errorMessage);// 设置日志文件路径（默认当前目录下的error.log）void setLogFilePath(const QString& path);private:// 私有构造函数（单例模式）ErrorLogger();QString m_logFilePath; // 日志文件路径QMutex m_mutex;       // 互斥锁，确保多线程安全
};#endif // ERRORLOGGER_H//ErrorLogger.cpp文件
#include "ErrorLogger.h"
#include <QFile>
#include <QTextStream>
#include <QDateTime>
#include <QDir>
#include <QDebug>ErrorLogger::ErrorLogger()
{// 默认日志路径：当前程序目录下的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)
{// 多线程加锁，避免日志写入冲突QMutexLocker locker(&m_mutex);// 获取当前时间戳（格式：yyyy-MM-dd hh:mm:ss）QString timeStamp = QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");// 构建日志内容（时间 + 错误信息）QString logContent = QString("[%1] Error: %2\n").arg(timeStamp).arg(errorMessage);// 打开文件（以追加模式，不存在则创建）QFile file(m_logFilePath);if (!file.open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Append | QIODevice::Text)) {qDebug() << "无法写入日志文件:" << file.errorString();return;}// 写入日志QTextStream out(&file);out << logContent;file.close();
}//main.cpp文件
// 写入错误日志（包含系统错误信息）ErrorLogger::getInstance().writeLog(QString("文件打开失败: %1（路径：%2）").arg(file.errorString()).arg(file.fileName()));
// 可选：设置自定义日志路径（如程序数据目录）ErrorLogger::getInstance().setLogFilePath(QDir::homePath() + "/myapp/logs/error.log");

spdlog第三方库实现

链接: C++日志记录库SPDLog简介
spdlog学习—安装及基本使用
spdlog是一个高性能、超快速、零配置的C++日志库，它旨在提供简洁的API和丰富的功能，同时保持高性能的日志记录。它支持多种输出目标、格式化选项、线程安全以及异步日志记录。

• 高性能：spdlog专为速度而设计，即使在高负载情况下也能保持良好的性能
• 零配置：无需复杂的配置，只需包含头文件即可在项目中使用
• 异步日志：支持异步日志记录，减少对主线程的影响
• 格式化：支持自定义日志消息的格式化，包括时间戳、线程ID、日志级别等
• 多平台：跨平台兼容，支持Windows、Linux、MacOS等操作系统
• 丰富的API：提供丰富的日志级别和操作符重载，方便记录各种类型的日志
• 多目标输出：可以将日志输出到控制台、普通文本文件、循环写入文件（rotating log files）、每日生成新文件（daily logs）、系统日志等目标，同时也支持异步写入以提高性能。
• 丰富的日志级别：Spdlog 支持常见的日志级别，如 TRACE、DEBUG、INFO、WARN、ERROR、CRITICAL 等，用户可以根据需要选择不同级别的日志输出。
• 条件日志：根据预定义的条件开关，可以动态启用或禁用特定级别的日志输出。

使用步骤

spdlog库的使用也非常简单，只需要下载源代码，然后把根目录下的include目录下的文件拷贝到我们的工程下，在工程中包含相应的头文件即可。

• 控制台打印

  #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!");// 打印数字spdlog::error("spdlog errCode : {}", -10020);// 指定打印数字的占位符spdlog::warn("spdlog format char {:08d}", 12);// 格式化打印不同进制的数据spdlog::critical("Support for int:{0:d} hex:{0:x} oct:{0:o} bin:{0:b}", 42);// 打印浮点型数据spdlog::info("float args are {:03.2f}", 1.23456);// 打印多个参数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{// 参数1 日志标识符, 参数2 日志文件名std::shared_ptr<spdlog::logger> mylogger = spdlog::basic_logger_mt("spdlog", "spdlog.log");// 设置日志格式. 参数含义: [日志标识符] [日期] [日志级别] [线程号] [数据]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)); // 定期刷新日志缓冲区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");}

执行结果。执行程序后就会在当前目录下生成一个spdlog.log文件，看下打印内容

特点

• 优点：
  确保全局唯一实例，减少资源消耗（如频繁创建销毁实例的开销），提供统一的访问点。

• 缺点：
  单例本质是全局变量，可能导致代码耦合度升高；测试困难（单例状态难以隔离）；在多线程环境下需谨慎处理同步问题。

通过上述实现，单例模式能有效控制类的实例数量，在需要全局唯一访问点的场景中非常实用。