c++中的单例模式

转自：http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7460019

 单例模式其意图是保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。

《设计模式》一书中给出了一种很不错的实现，定义一个单例类，使用类的私有静态指针变量指向类的唯一实例，并用一个公有的静态方法获取该实例。

class CSingleton
{
private:
    CSingleton()   //构造函数是私有的
    {
    }
    static CSingleton *m_pInstance;
public:
    static CSingleton * GetInstance()
    {
        if(m_pInstance == NULL)  //判断是否第一次调用
            m_pInstance = new CSingleton();
        return m_pInstance;
    }
};

GetInstance()使用懒惰初始化，也就是说它的返回值是当这个函数首次被访问时被创建的。

 上述代码可能存在的问题：（程序结束时不会主动释放new出来的内存，除非手动delete，不然会发生内存泄漏）

m_pInstance指向的空间什么时候释放呢？更严重的问题是，该实例的析构函数什么时候执行？

一个妥善的方法是让这个类自己知道在合适的时候把自己删除，或者说把删除自己的操作挂在操作系统中的某个合适的点上，使其在恰当的时候被自动执行。
我们知道，程序在结束的时候，系统会自动析构所有的全局变量。事实上，系统也会析构所有的类的静态成员变量，就像这些静态成员也是全局变量一样。利用这个特征，我们可以在单例类中定义一个静态成员变量，而它的唯一工作就是在析构函数中删除单例类的实例（假如在CSingleton的析构函数中释放内存，需要用户显式调用delete，不然析构函数不会被调用）

class CSingleton
{
private:
    CSingleton()
    {
    }
    static CSingleton *m_pInstance;
    class CGarbo   // 它的唯一工作就是在析构函数中删除CSingleton的实例
    {
    public:
        ~CGarbo()
        {
            if(CSingleton::m_pInstance)
                delete CSingleton::m_pInstance;
        }
    };
    static CGarbo Garbo;  //定义一个静态成员变量，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数
public:
    static CSingleton * GetInstance()
    {
        if(m_pInstance == NULL)  //判断是否第一次调用
            m_pInstance = new CSingleton();
        return m_pInstance;
    }
};

类CGarbo被定义为CSingleton的私有内嵌类，以防该类被在其他地方滥用。
程序运行结束时，系统会调用CSingleton的静态成员Garbo的析构函数，该析构函数会删除单例的唯一实例

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上述两种方法类的单例通过new来构造，下面的三种方法中单例是局部静态变量，程序结束时会自动被释放，其中后两种是对第一种的优化，第一种方法返回的值可以通过copy的方式产生多个对象，不再是单例模式了。

添加一个类的静态对象，总是让人不太满意，所以有人用如下方法来重新实现单例和解决它相应的问题，代码如下：

class CSingleton
{
private:
    CSingleton()   //构造函数是私有的
    {
    }
public:
    static CSingleton & GetInstance()
    {
        static CSingleton instance;   //局部静态变量
        return instance;
    }
};

使用局部静态变量，非常强大的方法，完全实现了单例的特性，而且代码量更少，也不用担心单例销毁的问题。 但使用此种方法也会出现问题，当如下方法使用单例时问题来了， Singleton singleton = Singleton :: GetInstance(); 这么做就出现了一个类拷贝的问题，这就违背了单例的特性。产生这个问题原因在于：编译器会为类生成一个默认的构造函数，来支持类的拷贝。

最后没有办法，我们要禁止类拷贝和类赋值，禁止程序员用这种方式来使用单例，函数的代码改为如下：（返回指针，仍然可以通过ins = *ptr的方式来发生拷贝构造，所以第三种方式才是最完美的）

class CSingleton
{
private:
    CSingleton()   //构造函数是私有的
    {
    }
public:
    static CSingleton * GetInstance()
    {
        static CSingleton instance;   //局部静态变量
        return &instance;
    }
};

可以显示的声明类拷贝的构造函数，和重载 = 操作符，新的单例类如下：(我的理解：若将instance设为private static成员变量，会编译出错，因为将类的实例声明为成员变量，此时该类是不完整类型 )

class CSingleton
{
private:
    CSingleton()   //构造函数是私有的
    {
    }
    CSingleton(const CSingleton &);
    CSingleton & operator = (const CSingleton &);
public:
    static CSingleton & GetInstance()
    {
        static CSingleton instance;   //局部静态变量，相比较指针指向的堆上对象，不用担心销毁问题
        return instance;
    }
};