單例模式——C++實現自動釋放單例類的執行個體

C++程式設計語言是一個應用廣泛的電腦應用語言，它功能強大，在一定程度上大大提高了程式開發效率。C++單例模式也稱為單件模式、單子模式。使用單例模式，保證一個類僅有一個執行個體，並提供一個訪問它的全域訪問點，該執行個體被所有程式模組共用。有很多地方需要這樣的功能模組，如系統的日誌輸出等。

單例模式有許多種實現方法，在C++中，甚至可以直接用一個全域變數做到這一點，但這樣的代碼顯得很不優雅。定義一個單例類，使用類的私人靜態指標變數指向類的唯一執行個體，並用一個公有靜態方法擷取該執行個體。如下面的類定義：

class CSingleton:{    // 其它成員public:    static CSingleton * GetInstance()    {        if (m_pInstance == NULL)              m_pInstance = new CSingleton();        return m_pInstance;      }private:    CSingleton(){};    static CSingleton * m_pInstance;};

C++單例模式類CSingleton有以下特徵：

它有一個指唯一執行個體的靜態指標m_pInstance，並且是私人的。

它有一個公有的函數，可以擷取這個唯一的執行個體，並在需要的時候建立該執行個體。

它的建構函式是私人的，這樣就不能從別處建立該類的執行個體。

大多時候，這樣的實現都不會出現問題。有經驗的讀者可能會問，m_pInstance指向的空間什麼時候釋放呢？更嚴重的問題是，這個執行個體的析構操作什麼時候執行？

如果在類的析構行為中有必須的操作，比如關閉檔案，釋放外部資源，那麼上面所示的代碼無法實現這個要求。我們需要一種方法，正常地刪除該執行個體。

可以在程式結束時調用GetInstance並對返回的指標調用delete操作。這樣做可以實現功能，但是不僅很醜陋，而且容易出錯。因為這樣的附加代碼很容易被忘記，而且也很難保證在delete之後，沒有代碼再調用GetInstance函數。

一個妥善的方法是讓這個類自己知道在合適的時候把自己刪除。或者說把刪除自己的操作掛在系統中的某個合適的點上，使其在恰當的時候自動被執行。

我們知道，程式在結束的時候，系統會自動析構所有的全域變數。事實上，系統也會析構所有的類的靜態成員變數，就像這些靜態成員也是全域變數一樣。利用這個特徵，我們可以在單例類中定義一個這樣的靜態成員變數，而它的唯一工作就是在解構函式中刪除單例類的執行個體。如下面的代碼中的CGarbo類（Garbo意為垃圾工人）：

class CSingleton:{    // 其它成員  public:      static CSingleton * GetInstance()  private:      CSingleton(){};      static CSingleton * m_pInstance;      class CGarbo // 它的唯一工作就是在解構函式中刪除CSingleton的執行個體      {    public:        ~CGarbo()        {              if (CSingleton::m_pInstance)                delete CSingleton::m_pInstance;        }    };    static CGarbo Garbo; // 定義一個靜態成員，在程式結束時，系統會調用它的解構函式};

類CGarbo被定義為CSingleton的私人內嵌類，以防該類被在其它地方濫用。

在程式運行結束時，系統會調用CSingleton的靜態成員Garbo的解構函式，該解構函式會刪除單例的唯一執行個體。

使用這種方法釋放C++單例模式對象有以下特徵：

在單例類內部定義專有的嵌套類。

在單例類內定義私人的專門用於釋放的靜態成員。

利用程式在結束時析構全域變數的特性，選擇最終的釋放時機。

使用C++單例模式的代碼不需要任何操作，不必關心對象的釋放。