跟我学C++中级篇——单实例和静态化

一、单实例模式

在设计模式中，单实例模式几乎是所有语言中都非常常用的一种设计模式。它在实际的应用中也非常广泛，在很多的开源框架中，都可以看到单实例的影子。单实例，简单的就可以看做在整个应用周期中，只有一个对象的变量。其好处其实就一点，可以集中控制对对象的各种处理（比如优化、内存管理等等），缺点其实就是两个，一个是生命周期无法动态控制；另外一个就是无法动态伸缩。前者容易理解，后者举个简单例子，如果想同时连接多个数据库，这就不好控制了。

二、静态方法和静态变量

学习C/C++语言的，对静态变量和静态方法都是很熟悉的。静态化和单实例也有着千丝万缕的关系，在实现单实例的发展过程中，有很多种方式，现在比较常见的基本就是两种，一种是使用函数的局部静态变量，一种是使用std::call_once,而且这两个都需要从C++0x开始支持。
首先说明一点，此处不是分析如何实现单实例，所以不会对实现的各种方式进行分析说明，重点在于单实例与静态化的关系这一点进行深入剖析。为什么单实例中对静态化情有独钟呢？可不可以全部使用静态化来实现单实例呢？
答案其实反复回答过，静态变量可以防止反复检测（比如经典的Double Check）的性能损失（函数的局部静态变量仍然会有一个检测过程，性能仍然会有些损失），至于能不能使用全部静态化来实现单实例，当然是没有问题的。但问题在于，使用这种方式，会丧失一定的灵活性，这个在下面分进行分析。

三、单实例中的静态化

那么单实例中使用静态化操作有什么优势呢？
1、线程安全性
熟悉全局和静态变量的开发者都有一个头疼的地方，编译器是无法保证多个文件内的相关这样的变量的初始化顺序的。这就出现一个非常难受的问题，如果以后扩展需要多个文件（或者多个库）内的全局或者静态变量需要互相依赖，有可能会出一些让人想象不到的问题。有大牛提出过，把全局或者静态变量搞到一个文件中，可实际场景中，算法保密甚至第三方库都使开发者无法达到这样的目的。
而Meyers’ Singleton即Scott Meyers最早提出来的C++单例模式的写法，其实就是局部静态变量的方式来实现，不过在前面也提到了，它需要C++0x做保证，同样，在一些编译器上，可能也有一些具体的问题，但这不是讨论的范畴了。
2、接口继承
如果使用单实例封装使用静态化，那么就可以实现继承来延续静态化的应用。这其实是一个非常重要的应用，可以继承，意味着可扩展性极大的增强,即灵活性的增加。

3、延迟加载
所谓延迟加载，其实就是懒汉模式，它只会在第一次用到时创建这个对象。这在一些资源要求严格的场景下，还是很有用处的。
4、解决了多文件（库）的互相引用问题
其实这点还是静态变量的初始化顺序导致的问题，这个非常重要，可能很多人都没遇到过，但经验表明，一旦出现这个问题，简直就是一场灾难，因为正常的思维情况下很少考虑这种情况。当你弄明白是这个原因后，会陷入无比的自责和自馁中。

5、生命周期
单实例封装静化，可以主动控制生命周期，这与使用一个单纯的静态或者全局变量有着可控的优势。毕竟全局（静态）变量一旦生成，就是整个进程的生命周期陪伴着，这对于一些对资源要求苛刻的场景下，还是很在裨益的。

另外，单实例的参数传递（非常大的应用程序中）以及后期对测试的支持，都可以做为一种优势来进行说明。但重点是静态化使用与单实例中，如何最具有优势，这才是开发者需要首先考虑的。

下面给出一个Meyers’ Singleton例子：

struct Singleton
{static Singleton &instance(){static Singleton s;return s;} // instanceSingleton(const Singleton &) = delete;Singleton & operator = (const Singleton &) = delete;private:Singleton() {}~Singleton() {}}; // struct Singleton
struct OwnerSingleton:public Singleton
{};

不过一般来说，可能对绝大多数程序员来说，实际情况中遇到单例继承的情况极为罕见吧。
其实直接使用全局或者静态变量与使用单实例，从开发的本质来说，区别不大，但单实例更好的解决了在上层逻辑上的灵活扩展性，这其实就是设计的意义，也是设计模式的意义。实现功能可能大家都会，可如何做得更好，就见仁见智了。

四、总结

到最后，总结各种经验其实可以发现，在实际的应用场景上，使用一些习惯用法或者说设计模式的目的，主要是为了扩展性和防御性编程。如果能够明确的知道不会发生或者某些异常会被阻止的情况下，不进行使用其实也是没问题的（话只能说到这儿，大家自己考虑）。说这些话的目的就是，经验是个好东西，但不要陷入经验主义，书本是个好东西，不要陷入本本主义。实践是检验真理的唯一标准，抓住老鼠的一定是好猫。