1. 概述
很多的知識，學習的時候理解其實並不是很深，甚至覺得是是不太必要的；而到了實際使用中遇到了，纔有了比較深刻的認識。
2. 詳論
2.1. 靜態類型
2.1.1. 靜態方法成員
比如說類的靜態成員函數。從學習中我們可以知道，類的靜態成員表示這個類成員直接屬於類本身；無論實例化這個類對象多少次，靜態成員都只是一份相同的副本。那麼什麼時候去使用這個特性呢？一個很簡單的例子，假設我們實現了很多函數：
void FunA() {}
void FunB() {}
void FunC() {}
這些函數如果具有相關性，都是某個類型的工具函數，那麼我們可以將其封裝成一個工具類，並將其方法成員都定義成靜態的：
class Utils {
public:
static void FunA() {}
static void FunB() {}
static void FunC() {}
};
這樣做的好處很多：
- 體現了面向對象的思想。並且，這些方法在類中本來就只需要一份就可以了，節省了程序內存。
- 避免在全局作用域定義函數。一般的編程認爲，定義在全局作用域的變量或者方法是不太好的。
- 方便使用：只用記住Utils這個類的名字，就可以在IDE輸入提示的幫助下快熟輸入想要的函數。
2.1.2. 靜態數據成員
一個順理成章的問題就是，既然靜態方法成員這麼好用，那麼我們使用靜態數據成員也挺好的吧？一般情況下確實如此，比如我們給這個工具類定義一個靜態數據成員pai：
class Utils {
public:
static void FunA() {}
static void FunB() {}
static void FunC() {}
static double pai;
};
double Utils::pai = 3.1415926;
但是有一個問題在於，簡單的數據成員能夠通過賦值來初始化，如果是一個比較複雜的數據成員呢？一個例子就是std::map容器數據成員，需要經過多次插入操作來初始化。這個時候只是通過賦值就很難實現了。
不僅如此，使用類的靜態數據成員還會遇到一個相互依賴的問題，如參考文獻2中所述。由於靜態變量的初始化順序是不定的，很可能會導致靜態變量A初始化需要靜態變量B，但是靜態變量B卻沒有完成初始化，從而導致出錯的問題。
2.2. 單例模式
2.2.1. 實現
C++並沒有靜態類和靜態構造函數的概念。在參考文獻1中，論述了一些用C++去實現靜態構造函數，從而更加合理的去初始化靜態數據成員的辦法。其中一個實現是：我們需要的類按照正常的非靜態成員類去設計，但是我們可以把這個類作爲另一個包裝類的靜態成員變量，這樣就能完美實現靜態構造函數。
正是這個實現給了我靈感：我們想要的不是訪問類的靜態成員變量，而是單例模式。不想像C一樣使用全局函數或者全局變量，又不想每次都去實例化一個對象，那麼我們需要的是單例模式。參考文獻3中給出了單例模式的最佳實踐：
class Singleton {
public:
~Singleton() { std::cout << "destructor called!" << std::endl; }
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
static Singleton& get_instance() {
static Singleton instance;
return instance;
}
private:
Singleton() { std::cout << "constructor called!" << std::endl; }
};
int main() {
Singleton& instance_1 = Singleton::get_instance();
Singleton& instance_2 = Singleton::get_instance();
return 0;
}
這段代碼的說明如下：
- 構造函數和析構函數都存在，無論多複雜的成員，都可以對數據成員初始化和釋放。
- 構造函數時私有的，所以無法直接聲明和定義。
- 拷貝構造函數和賦值構造函數都被刪除，因此無法進行拷貝和賦值。
- 只能通過專門的實例化函數get_instance()進行調用。
在實例化函數get_instance()內部，實例化了一個自身的局部的靜態類。靜態局部變量始終存放在內存的全局數據區，只在第一次初始化，從第二次開始，它的值不會變化，是第一次調用後的結果值。並且最後，返回的是這個靜態局部變量的引用。
2.2.2. 問題
無論從哪方面看，上述的單例實現，都符合單例的設計模式：全局只提供唯一一個類的實例,在任何位置都可以通過接口獲取到那個唯一實例，無法拷貝也無法賦值。但是也有幾個問題值得討論。
第一個問題是，在多線程的環境下，初始化是否會造成衝突或者生成了兩份實例？關於這一點不用擔心，從C++11標準開始，局部靜態變量的初始化是線程安全的。
第二，在參考文獻4中討論了這樣一個問題：C++單例模式跨DLL是不是就是會出問題？靜態變量是單個編譯單元的靜態變量，如果動態庫和可執行文件都引用了get_instance()的實現，那麼動態庫和可執行文件會分別保有一份自己的實例。解決方法是要麼將get_instance()放入到cpp中，要麼使用DLL的模塊導入導出接口的規則，也就是dllexport和dllimport。
第三，單例模式還有基於模塊的實現，不過我覺得模板的實現太複雜，第二個問題就是使用模板導致的，這裏就不討論了。