單例模式也稱為單件模式、單子模式，可能是使用最廣泛的設計模式。其意圖是保證一個類僅有一個例項，並提供一個訪問它的全域性訪問點，該例項被所有程 序模組共享。有很多地方需要這樣的功能模組，如系統的日誌輸出，GUI應用必須是單滑鼠，MODEM的聯接需要一條且只需要一條電話線，作業系統只能有一 個視窗管理器，一臺PC連一個鍵盤。

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性變數做到這一點，但這樣的程式碼顯的很不優雅。 使用全域性物件能夠保證方便地訪問例項，但是不能保證只宣告一個物件——也就是說除了一個全域性例項外，仍然能建立相同類的本地例項。

《設計模式》一書中給出了一種很不錯的實現，定義一個單例類，使用類的私有靜態指標變數指向類的唯一例項，並用一個公有的靜態方法獲取該例項。

單例模式通過類本身來管理其唯一例項，這種特性提供瞭解決問題的方法。唯一的例項是類的一個普通物件，但設計這個類時，讓它只能建立一個例項並提供 對此例項的全域性訪問。唯一例項類Singleton在靜態成員函式中隱藏建立例項的操作。習慣上把這個成員函式叫做Instance()，它的返回值是唯 一例項的指標。

定義如下：

class CSingleton

{

//其他成員

public:

static CSingleton* GetInstance()

{

      if ( m_pInstance == NULL ) //判斷是否第一次呼叫

        m_pInstance = new CSingleton();

        return m_pInstance;

}

private:

    CSingleton(){};

    static CSingleton * m_pInstance;

};

使用者訪問唯一例項的方法只有GetInstance()成員函式。如果不通過這個函式，任何建立例項的嘗試都將失敗，因為類的建構函式是私有的。 GetInstance()使用懶惰初始化，也就是說它的返回值是當這個函式首次被訪問時被建立的。這是一種防彈設計——所有GetInstance() 之後的呼叫都返回相同例項的指標：

CSingleton* p1 = CSingleton :: GetInstance();

CSingleton* p2 = p1->GetInstance();

CSingleton & ref = * CSingleton :: GetInstance();

對GetInstance稍加修改，這個設計模板便可以適用於可變多例項情況，如一個類允許最多五個例項。

單例類CSingleton有以下特徵：

它有一個指向唯一例項的靜態指標m_pInstance，並且是私有的；

它有一個公有的函式，可以獲取這個唯一的例項，並且在需要的時候建立該例項；

它的建構函式是私有的，這樣就不能從別處建立該類的例項。

大多數時候，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，該例項的解構函式什麼時候執行？

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，那麼上面的程式碼無法實現這個要求。我們需要一種方法，正常的刪除該例項。

可以在程式結束時呼叫GetInstance()，並對返回的指標掉用delete操作。這樣做可以實現功能，但不僅很醜陋，而且容易出錯。因為這 樣的附加程式碼很容易被忘記，而且也很難保證在delete之後，沒有程式碼再呼叫GetInstance函式。

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作業系統中的某個合適的點上，使其在恰當的時候被自動執行。

我們知道，程式在結束的時候，系統會自動析構所有的全域性變數。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性變數一樣。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例項。如下面的程式碼中的CGarbo類 （Garbo意為垃圾工人）：

class CSingleton

{

//其他成員

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的例項

    {

        public:

            ~CGarbo()

            {

                if( CSingleton::m_pInstance )

                  delete CSingleton::m_pInstance;

            }

     }

        Static CGabor Garbo; //定義一個靜態成員，程式結束時，系統會自動呼叫它的解構函式
}；

類CGarbo被定義為CSingleton的私有內嵌類，以防該類被在其他地方濫用。

程式執行結束時，系統會呼叫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例項。

使用這種方法釋放單例物件有以下特徵：

在單例類內部定義專有的巢狀類；

在單例類內定義私有的專門用於釋放的靜態成員；

利用程式在結束時析構全域性變數的特性，選擇最終的釋放時機；

使用單例的程式碼不需要任何操作，不必關心物件的釋放。

進一步的討論

但是新增一個類的靜態物件，總是讓人不太滿意，所以有人用如下方法來重現實現單例和解決它相應的問題，程式碼如下：

class CSingleton

{

    //其他成員

    public:

        static Singleton &GetInstance()

{

    static Singleton instance;

    return instance;

}

        private:

            Singleton() {};

};

使用區域性靜態變數，非常強大的方法，完全實現了單例的特性，而且程式碼量更少，也不用擔心單例銷燬的問題。

但使用此種方法也會出現問題，當如下方法使用單例時問題來了，

Singleton singleton = Singleton :: GetInstance();

這麼做就出現了一個類拷貝的問題，這就違背了單例的特性。產生這個問題原因在於：編譯器會為類生成一個預設的建構函式，來支援類的拷貝。

最後沒有辦法，我們要禁止類拷貝和類賦值，禁止程式設計師用這種方式來使用單例，當時領導的意思是GetInstance()函式返回一個指標而不是返 回一個引用，函式的程式碼改為如下：

static Singleton *GetInstance()

{

static Singleton instance;

return &instance;

}

但我總覺的不好，為什麼不讓編譯器不這麼幹呢。這時我才想起可以顯示的生命類拷貝的建構函式，和過載 = 操作符，新的單例類如下：

class Singleton

{

    //其他成員

    public:

        static Singleton &GetInstance()

{

    static Singleton instance;

    return instance;

}

        private:

            Singleton() {};

            Singleton(const Singleton);

            Singleton & operate = (const Singleton&);

};

關於Singleton(const Singleton); 和 Singleton & operate = (const Singleton&); 函式，需要宣告成私用的，並且只宣告不實現。這樣，如果用上面的方式來使用單例時，不管是在友元類中還是其他的，編譯器都是報錯。

不知道這樣的單例類是否還會有問題，但在程式中這樣子使用已經基本沒有問題了。

優化Singleton類，使之適用於單執行緒應用

Singleton使用操作符new為唯一例項分配儲存空間。因為new操作符是執行緒安全的，在多執行緒應用中你可以使用此設計模板，但是有一個缺 陷：就是在應用程式終止之前必須手工用delete摧毀例項。否則，不僅導致記憶體溢位，還要造成不可預測的行為，因為Singleton的解構函式將根本 不會被呼叫。而通過使用本地靜態例項代替動態例項，單執行緒應用可以很容易避免這個問題。下面是與上面的GetInstance()稍有不同的實現，這個實 現專門用於單執行緒應用：

CSingleton* CSingleton :: GetInstance()

{

    static CSingleton inst；

    return &inst；

}

本地靜態物件例項inst是第一次呼叫GetInstance()時被構造，一直保持活動狀態直到應用程式終止，指標m_pInstance變得多 餘並且可以從類定義中刪除掉，與動態分配物件不同，靜態物件當應用程式終止時被自動銷燬掉，所以就不必再手動銷燬例項了。