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？
共 3003字，需浏览 7分钟
· 2022-05-16
开场
前段时间我在知乎回答了这样一个问题：
为什么C++单例模式不能直接全部使用 static变量和 static函数呢？如果全部使用 static的话，是不是也不会有多线程的问题了？而且“类型::方法”的访问方式比起先getInstance()再访问难道不是更加简单清晰吗？
（还是说是为了附和 “单例” 这样一个字面上的意思）
//大概这个样子
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;
};
这可能是很多C++学习者都会有的疑惑，下面是我的回答。
正文
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……
🎓 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。