C++ static与单例模式

单例模式是应用最多的一种设计模式，它要求系统中每个类有且只能有一个实例对象。

主要优点：

1、提供了对唯一实例的受控访问。

2、由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源，对于一些需要频繁创建和销毁的对象单例模式无疑可以提高系统的性能。

3、允许可变数目的实例。

主要缺点：

1、由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。

2、单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。

3、滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。

C++设计一个单例模式的方法如下：

1 构造函数声明为私有；   这样就保证了不能随意构造一个对象

2 将拷贝构造函数与等号运算符声明为私有，并不提供他们的实现； 即禁止对象被拷贝。

3 在类中声明一个静态的全局访问接口；

4 声明一个静态的私有实例化指针；

1. class Singleton
2. {
3. public:
4. //全局访问接口
5. static Singleton *GetInstance()
6. {
7. if( instance_ == NULL )
8. {
9. instance_ = new Singleton;
10. }
11. return instance_;
12. }
13. ~Singleton()
14. {
15. cout << "~Singleton"<< endl;
16. }
17. private:
18. Singleton(const Singleton& other);
19. Singleton & operator=(const Singleton & other);
20. Singleton()
21. {
22. cout << "Singleton"<<endl;
23. }
24. static Singleton *instance_; //引用性声明
25. };
26. Singleton * Singleton::instance_; //定义性声明
27. int main(void)
28. {
29. Singleton *s1 = Singleton::GetInstance();
30. Singleton *s2 = Singleton::GetInstance();  //s2的地址等于s1，即指向同一对象
31. //Singleton s3(*s1); //既然是单例模式，是不允许被拷贝的。编译会出错
32. return 0;
33. }

上面就是单例类模式的C++实现，但是上述代码还有一个缺陷：单例类中申请的一些资源没有被释放，如instance_指向的空间没有被回收。一共有两种解决方式：

第一种解决方式：

1. class Singleton
2. {
3. ...
4. //提供一个回收接口，在应用中显示调用回收资源
5. static void Free()
6. {
7. delete instance_;
8. }
9. ....
10. };
11. int main()
12. {
13. ...
14. Singleton::Free(); //要显示调用进行资源回收
15. }

这种方式虽然能实现功能，但是不太方便，每次都要手动回收资源，这是它的缺点。

第二种解决方式：

1. class Singleton
2. {
3. ...
4. public:
5. class Garbo //资源回收机制
6. {
7. public:
8. ~Garbo()
9. {
10. if( Singleton::instance_ != NULL )
11. {
12. delete instance_;
13. }
14. }
15. };
16. ...
17. private:
18. ...
19. static Garbo garbo_;  //引用性声明
20. };
21. Singleton::Garbo Singleton::garbo_;//定义性声明

这种方式提供的处理方式显然要比第一种方式来的要便捷，因为它依靠内部提供的Garbo嵌套类来提供服务，当Singleton类生命周期结束时，Garbo的类对象garbo_也要销毁，它将调用析构函数,而在析构函数中又自动地释放了Singleton单例类申请的一些资源，这种实现就比较智能化。不需要手动释放资源。这是它的优势。

下面提供另一种实现C++单例类模式的方法:

1. class Singleton
2. {
3. public:
4. static Singleton& GetInstance()
5. {
6. static Singleton instance_;                   return instance_;
7. }
8. ~Singleton()
9. {
10. cout << "~Singleton"<<endl;
11. }
12. private:
13. Singleton()
14. {
15. cout << "Singleton "<<endl;
16. }
17. Singleton(const Singleton &other);
18. Singleton & operator=(const Singleton &other);
19. };

这种实现方式利用了static修改函数内部的变量，当第一次调用GetInstance函数时，系统将构造一个Singleton对象，在后续再次调用这个函数时，系统不再执行这个语句，也就不会再构造Singleton类对象了，而直接返回instance_本身。另外，当Singleton类对象生命周期结束时，对象会自动调用析构函数销毁，这里也就不存在申请资源之类的了，需要注意的是GetInstance()函数返回的是引用，这样就不会调用拷贝构造函数了，使用时也应该声明Singleton的引用，如下：

1. int main()
2. {
3. Singleton &s1 = Singleton::GetInstance();
4. Singleton &s2 = Singleton::GetInstance(); //s1与s2是同一对象的引用
5. return 0;
6. }