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C语言的设计模式（单例模式）

单例模式（Singleton Pattern）是一种设计模式，目的是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"// 定义一个结构体来存储串口配置数据
typedef struct
{int baudRate;int dataBits;int stopBits;} SerialConfig;// 声明一个静态全局变量用于存储单实例
static SerialConfig *serialInstance = NULL;// 获取单实例对象的函数
SerialConfig *getSerialConfigInstance()
{if (serialInstance == NULL){// 如果实例不存在，则创建一个新实例并初始化数据serialInstance = (SerialConfig *)malloc(sizeof(SerialConfig));serialInstance->baudRate = 115200; // 初始化数据serialInstance->dataBits = 8;      // 初始化数据serialInstance->stopBits = 1;      // 初始化数据}return serialInstance;
}// 释放单实例对象的函数
void freeSerialConfigInstance()
{if (serialInstance != NULL){free(serialInstance);serialInstance = NULL;}
}int main()
{// 获取串口配置的单实例SerialConfig *usart1Config = getSerialConfigInstance();SerialConfig *usart2Config = getSerialConfigInstance();// 打印串口配置的参数printf("Baud Rate: %d\n", usart1Config->baudRate);printf("Data Bits: %d\n", usart1Config->dataBits);printf("Stop Bits: %d\n", usart1Config->stopBits);printf("Baud Rate: %d\n", usart2Config->baudRate);printf("Data Bits: %d\n", usart2Config->dataBits);printf("Stop Bits: %d\n", usart2Config->stopBits);// 释放单实例对象freeSerialConfigInstance();return 0;
}

以上是一个比较具体的例子。但是在多线程中使用的话会出现一些问题：

• 线程安全性：如果在多线程中使用，可能会创建多个实例。因为如果两个线程几乎同时调用 getSerialConfigInstance 函数时，他们会同时发现serialInstance 为NULL，从而各自创建一个新的实例，这样就违背了单例模式的初衷，导致多个实例的存在。此时需要引入同步机制，比如互斥锁（mutex）来确保线程的安全。

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "pthread.h"// 定义一个结构体来存储串口配置数据
typedef struct
{int baudRate;int dataBits;int stopBits;} SerialConfig;// 声明一个静态全局变量用于存储单实例
static SerialConfig *serialInstance = NULL;
// 创建互斥锁
static pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;// 获取单实例对象的函数
SerialConfig *getSerialConfigInstance()
{// 上锁pthread_mutex_lock(&mutex);if (serialInstance == NULL){// 如果实例不存在，则创建一个新实例并初始化数据serialInstance = (SerialConfig *)malloc(sizeof(SerialConfig));serialInstance->baudRate = 115200; // 初始化数据serialInstance->dataBits = 8;      // 初始化数据serialInstance->stopBits = 1;      // 初始化数据}// 解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);return serialInstance;
}// 释放单实例对象的函数
void freeSerialConfigInstance()
{// 上锁pthread_mutex_lock(&mutex);if (serialInstance != NULL){free(serialInstance);serialInstance = NULL;}// 解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);
}int main()
{// 获取串口配置的单实例SerialConfig *usart1Config = getSerialConfigInstance();SerialConfig *usart2Config = getSerialConfigInstance();// 打印串口配置的参数printf("Baud Rate: %d\n", usart1Config->baudRate);printf("Data Bits: %d\n", usart1Config->dataBits);printf("Stop Bits: %d\n", usart1Config->stopBits);printf("Baud Rate: %d\n", usart2Config->baudRate);printf("Data Bits: %d\n", usart2Config->dataBits);printf("Stop Bits: %d\n", usart2Config->stopBits);// 释放单实例对象freeSerialConfigInstance();return 0;
}

在这段代码中，pthread_mutex_lock 和 pthread_mutex_unlock 确保了在创建实例的过程中只有一个线程能够访问临界区，从而避免了多个实例的创建。

文章参考：C语言和设计模式（之单件模式）