C++中单例模式对象的释放控制

单例模式也称为单件模式、单子模式。使用单例模式，保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。有很多地方需要这样的功能模块，如系统的日志输出等。
单例模式有许多种实现方法，在C++中，甚至可以直接用一个全局变量做到这一点，但这样的代码显得很不优雅。《设计模式》一书中给出了一种很不错的实现，定义一个单例类，使用类的私有静态指针变量指向类的唯一实例，并用一个公有静态方法获取该实例。如下面的类定义：

class MySingleton
{
private:
        MySingleton(){}
        static MySingleton *m_pInstance;

public:
        static MySingleton* GetInstance() 
        {
                if(!m_pInstance)
                        m_pInstance = new MySingleton();
                return m_pInstance;
        }

        void sayHello()
        {
                std::cout << "Hello world" << std::endl;
        }
};

MySingleton* MySingleton::m_pInstance = NULL;

注：必须对类中的静态变量m_pInstance进行初始化，否则编译报如下错误

/tmp/ccSDAtaL.o: In function `MySingleton::GetInstance()':
singleton.cpp:(.text._ZN11MySingleton11GetInstanceEv[MySingleton::GetInstance()]+0x8): undefined reference to `MySingleton::m_pInstance'
singleton.cpp:(.text._ZN11MySingleton11GetInstanceEv[MySingleton::GetInstance()]+0x28): undefined reference to `MySingleton::m_pInstance'
singleton.cpp:(.text._ZN11MySingleton11GetInstanceEv[MySingleton::GetInstance()]+0x2d): undefined reference to `MySingleton::m_pInstance'
collect2: ld return 1

单例类CSingleton有以下特征：

• 它有一个指唯一实例的静态指针m_pInstance，并且是私有的。
• 它有一个公有的函数，可以获取这个唯一的实例，并在需要的时候创建该实例。
• 它的构造函数是私有的，这样就不能从别处创建该类的实例。

多时候，这样的实现都不会出现问题。有经验的读者可能会问，m_pInstance指向的空间什么时候释放呢？更严重的问题是，这个实例的析构操作什么时候执行？
如果在类的析构行为中有必须的操作，比如关闭文件，释放外部资源，那么上面所示的代码无法实现这个要求。我们需要一种方法，正常地删除该实例。
可以在程序结束时调用GetInstance并对返回的指针调用delete操作。这样做可以实现功能，但是不仅很丑陋，而且容易出错。因为这样的附加代码很容易被忘记，而且也很难保证在delete之后，没有代码再调用GetInstance函数。
一个妥善的方法是让这个类自己知道在合适的时候把自己删除。或者说把删除自己的操作挂在系统中的某个合适的点上，使其在恰当的时候自动被执行。
我们知道，程序在结束的时候，系统会自动析构所有的全局变量。事实上，系统也会析构所有的类的静态成员变量，就像这些静态成员也是全局变量一样。利用这个特征，我们可以在单例类中定义一个这样的静态成员变量，而它的唯一工作就是在析构函数中删除单例类的实例。如下面的代码中的CGarbo类（Garbo意为垃圾工人）：

class MySingleton
{
private:
        MySingleton(){}
        static MySingleton *m_pInstance;

        class CGarbo //在析构函数中删除MySingleton单体实例
        {
                public:
                CGarbo()
                {
                        std::cout << "CGarbo() is called" << std::endl;
                }
                ~CGarbo()
                {
                        std::cout << "~CGarbo() is called" << std::endl;
                        if (MySingleton::m_pInstance)
                                delete MySingleton::m_pInstance;
                }
        };
        static CGarbo Garbo; //声明为私有静态成员
public:
        static MySingleton* GetInstance() 
        {
                if(!m_pInstance)
                        m_pInstance = new MySingleton();
                return m_pInstance;
        }

        void sayHello()
        {
                std::cout << "Hello world" << std::endl;
        }
};

MySingleton* MySingleton::m_pInstance = NULL;
MySingleton::CGarbo MySingleton::Garbo;

注：必须在类外对Garbo进行初始化，否则由于Garbo没有实例化，所以不会调用析构函数释放MySingleton单体实例。

类CGarbo被定义为私有内嵌类，以防该类被在其它地方滥用。
在程序运行结束时，系统会调用静态成员Garbo的析构函数，该析构函数会删除单例的唯一实例。
使用这种方法释放单例对象有以下特征：

• 在单例类内部定义专有的嵌套类。
• 在单例类内定义私有的专门用于释放的静态成员。
• 利用程序在结束时析构全局变量的特性，选择最终的释放时机。
• 使用单例的代码不需要任何操作，不必关心对象的释放。