C++单例模式为何要实例化一个对象不全部使用static

C++的单例模式为什么不直接全部使用static，而是非要实例化一个对象？

通过getInstance()函数获取单例对象，这种模式的关键之处不是在于强迫你用函数来获取对象。关键之处是让static对象定义在函数内部，变成局部static变量。

看下这种实现方式的经典demo：

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton inst;
        return inst;
    }
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

    // 其他数据函数
    // ...

private:
    Singleton() { ... }
    // 其他数据成员
    // ...
};

学名是：Meyers' Singleton。没错，也就是说这是Scott Meyers最早提出来的C++单例模式的推荐写法。

注意：这种单例写法需要C++11。因为是从C++11标准才开始规定 static变量是线程安全的。也就是说无需我们自己写加锁保护的代码，编译器能够帮我们做到。

所以C++程序员们不要在读完Java单例模式的资料之后，在C++程序中写double check或volatile了！

如果是把 static对象定义成 Singleton的私有static成员变量，然后getInstance()去返回这个成员即：

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        return inst;
    }
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

    // 其他数据函数
    // ...

private:
    Singleton() { ... }
    static Singleton inst;
    // 其他数据成员
    // ...
};
Singleton Singleton::inst;

虽然它也是 先getInstance()再访问，但这种不是Meyers' Singleton！

那么为什么Meyers推荐的是第一种的呢？

原因是这解决了一类重要问题，那就是static变量的初始化顺序的问题。

C++只能保证在同一个文件中声明的static变量的初始化顺序与其变量声明的顺序一致。但是不能保证不同的文件中的static变量的初始化顺序。

然后对于单例模式而言，不同的单例对象之间进行调用也是常见的场景。比如我有一个单例，存储了程序启动时加载的配置文件的内容。另外有一个单例，掌管着一个全局唯一的日志管理器。在日志管理初始化的时候，要通过配置文件的单例对象来获取到某个配置项，实现日志打印。

这时候两个单例在不同文件中各自实现，很有可能在日志管理器的单例使用配置文件单例的时候，配置文件的单例对象是没有被初始化的。这个未初始化可能产生的风险指的是C++变量的未初始化，而不是说配置文件未加载的之类业务逻辑上的未初始化导致的问题。

而Meyers' Singleton写法中，单例对象是第一次访问的时候（也就是第一次调用getInstance()函数的时候）才初始化的，但也是恰恰因为如此，因而能保证如果没有初始化，在该函数调用的时候，是能完成初始化的。所以先getInstance()再访问 这种形式的单例 其关键并不是在于这个形式。而是在于其内容，局部static变量能保证通过函数来获取static变量的时候，该函数返回的对象是肯定完成了初始化的！

讲到这，我们对Meyers' Singleton的盲目鼓吹也需冷静一下，因为C++同样能保证所有文件内（非函数内）的static变量在main()函数开始运行之后肯定是都能做完初始化的。所以如果你是在main()函数运行之后，用日志管理器的单例访问配置文件的单例，那么其实也是没有问题的… 这就引出Meyers' Singleton的第二个优势，那就是当产生继承的时候。

如果出现继承，这种写法中：

class Singleton {
public:
    static void on() {Singleton::isOn = true;}
    static void off() {Singleton::isOn = false;}
    static bool state() {return Singleton::isOn;}
private:
    static bool isOn;
};

class Monitor: public Singleton {
public:
    static void addBrightness(int val) { brightness += val;}
    static void subBrightness(int val) { brightness -= val;}
    static int getBrightness() { return brightness;}

private:
    static int brightness;
};

如果有子类继承这一父类，来拓展成新的子类，比如Monitor显示器类有开关状态，同时扩展了一个亮度的成员。但是父子类的static成员变量是共享的，其isOn成员会有问题。

好吧，如果你说你的单例完全不会出现继承的情况，是不是就不需要写成Meyers' Singleton？我只想说，如果你一定要强加这么多限定的话，那么这种设计模式的讨论本身就没有意义。就很像是在说：我自己能够保证每个new出来的指针我都能delete掉它，所以我不需要RAII……

总结：

所谓设计模式（design pattern）、惯用法（idiom）这种老程序员的经验之谈都是让你在大多数情况下，即使你不懂其奥秘，但凡遵守了，就能避免掉很多潜在的问题。尽管这种问题并不能百分百发生。所以这倒没必要去抬杠。

到此这篇关于C++单例模式为何要实例化一个对象不全部使用static的文章就介绍到这了,更多相关static的使用内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！