c++中static单例模式

在《C++中的static》一文中，提到了局部的static声明变量，可以保证对象只被初始化一次，这种方式可以用来写单例模式。由于函数返回过程中会可能发生对象复制的情况，导致原本希望获得单例对象，最后却不如所愿，所以写单例模式的时候需要注意下，避免这种情况发生。

那么应该如何正确使用static写单例模式呢？

函数返回值与对象复制

C++函数返回值类型，接收变量的类型会影响函数返回过程中是否会发生对象的复制。

1. 当函数返回值不是引用类型是，会发生复制。

   返回非引用类型

   static Student GetInstance() {
       static Student stu;
       return stu;
   }
   
   Student s1 = Student::GetInstance(); // 会复制
   Student& s2 = Student::GetInstance(); // 异常，不能用引用类型接收返回值

2. 当函数返回值是引用类型，接收函数返回值的变量不是引用时，仍然发生复制;函数返回值是引用类型，接收函数返回值的变量是引用类型，不会发生复制

   返回引用类型

   static Student& GetInstance() {
       static Student stu;
       return stu;
   }
   
   Student s1 = Student::GetInstance(); // 仍然会复制
   Student& s1 = Student::GetInstance(); // 无复制

当你用上面第二种方式写单例，使用时候要特别注意，不要去用一个非引用的变量去接收返回值，否者往往出现不期望得到的结果。

单例错误的写法

错误写法

#include <iostream>

class Student {
public:
    static Student GetInstance() {
        static Student stu;
        printf("stu  %p \n", &stu);
        return stu;
    }
    int age;
    std::string name;
};

int main() {
    Student stu1 = Student::GetInstance();
    Student stu2 = Student::GetInstance();
    Student stu3 = Student::GetInstance();
    printf("stu1  %p \n", &stu1);
    printf("stu2  %p \n", &stu2);
    printf("stu3  %p \n", &stu3);
}

输出结果

stu 0x55d80ed86040

stu 0x55d80ed86040

stu 0x55d80ed86040

stu1 0x7ffdd71828f0

stu2 0x7ffdd7182920

stu3 0x7ffdd7182950

可以看出使用GetInstance()获得的stu1,stu2,stu3并没有如愿以偿获得到单例的Student对象，上面代码中实际上每一次调用GetInstance()执行static Student stu;实际上只构建了一次对象，但是在对象返回时候由于发生了复制，最终接收到的都是重新构建的对象。

返回指针的方式

返回指针不推荐

#include <iostream>

class Student {
public:
    static Student* GetInstance() {
        static Student stu;
        return &stu;
    }
    int age;
    std::string name;
};

int main() {
    Student stu1 = Student::GetInstance();
    Student stu2 = Student::GetInstance();
    Student stu3 = Student::GetInstance();
    printf("stu1  %p \n", &stu1);
    printf("stu2  %p \n", &stu2);
    printf("stu3  %p \n", &stu3);
}

输出结果

stu1 0x556c9c248040

stu2 0x556c9c248040

stu3 0x556c9c248040

这样做有个缺陷，因为调用者如果使用delete instance会导致对象被提前销毁。

所以建议使用返回引用的方式。

返回引用的方式

推荐写法

#include <iostream>

class Student {
public:
    ~Student(){}
    Student(const Student&) = delete;
    Student& operator=(const Student&) = delete;
    static Student& GetInstance() {
        static Student stu;
        return stu;
    }
    int age;
    std::string name;
private:
    Student(){}
};

int main() {
    Student& stu1 = Student::GetInstance();
    Student& stu2 = Student::GetInstance();
    Student& stu3 = Student::GetInstance();
    printf("stu1  %p \n", &stu1);
    printf("stu2  %p \n", &stu2);
    printf("stu3  %p \n", &stu3);
}

注意，实例中为了避免调用者使用非引用的变量去接收返回值，将拷贝构造函数标记=delete, 禁止调用。

Student(const Student&) = delete;
Student& operator=(const Student&) = delete;

综上所述，建议使用最后提到的返回引用的方式来创建单例模式。