设计模式学习（一）单例模式补充——单例模式析构
前言
在《单例模式学习》中提到了，在单例对象是通过new关键字动态分配在堆上的情况下，当程序退出时，不会通过C++的RAII机制自动调用其析构函数。本文讨论一下这种现象的原因以及解决方法。
无法调用析构函数的原因
在DCLP（双检查锁模式）中，CSingleton中的instance是一个静态指针变量，被分配在全局/静态存储区。而instance所指向的CSingleton实例是通过new创建在堆上的，只能手动调用delete来释放相关资源（对于单例模式这是无法实现的，因为析构函数私有），无法通过RAII释放相关资源。
在程序结束时，instance这个指针变量被销毁了，但它所指向的内存空间中的CSingleton对象并没有被显式销毁，而是由操作系统去回收这一块内存（不会调用其析构函数）。然而依赖操作系统来清理资源并不是一个优雅的结束方式，可能会造成文件句柄未关闭、网络连接未断开等资源泄漏。
class CSingleton
{
public:
static CSingleton* getInstance();
static std::mutex mtx;
private:
CSingleton(){}
~CSingleton(){}
CSingleton(const CSingleton&) = delete;
CSingleton& operator=(const CSingleton&) = delete;
static CSingleton* instance;
};
CSingleton* CSingleton::instance;
CSingleton* CSingleton::getInstance()
{
if(nullptr == instance)
{
mtx.lock();
if(nullptr == instance)
{
instance = new CSingleton();
}
mtx.unlock();
}
return instance;
}
改进方法
在讨论改进方法时，我们还是倾向于利用C++的RAII机制，而不是手动去控制释放的时机。
内嵌回收类
我们的单例类对象生命周期的开始是在第一次调用时，结束是在程序结束时。
而且我们知道①静态成员变量的生命周期是从程序启动到结束②在静态成员变量被销毁时会调用其析构函数
因此我们可以在单例类中定义一个用于释放单例类资源的内嵌类，将其析构函数定义为显式删除单例对象的操作，然后在单例类中添加一个内嵌类类型的静态成员变量garbo。
这样的话，在程序结束时garbo就会被销毁，而RAII机制确保了在销毁时会调用内嵌类CGarbo的析构函数。
因为在~CGarbo()中delete了CSingleton::instance，所以~CSingleton()就会被调用，相关资源得以释放。
class CSingleton
{
public:
static CSingleton* getInstance();
private:
CSingleton(){std::cout<<"创建了一个对象"<< std::endl;}
~CSingleton(){std::cout<<"销毁了一个对象"<< std::endl;}
CSingleton(const CSingleton&) = delete;
CSingleton& operator=(const CSingleton&) = delete;
static CSingleton* instance;
static std::mutex mtx;
class CGarbo
{
public:
CGarbo(){}
~CGarbo()
{
if(nullptr != CSingleton::instance) //嵌套类可访问外层类的私有成员
{
delete CSingleton::instance;
instance = nullptr;
}
std::cout<<"Garbo worked"<< std::endl;
}
};
static CGarbo garbo; //定义一个静态成员，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数
};
CSingleton* CSingleton::instance;
std::mutex CSingleton::mtx;
CSingleton* CSingleton::getInstance()
{
...
}
CSingleton::CGarbo CSingleton::garbo; //还需要初始化一个垃圾清理的静态成员变量
运行结果：
智能指针
我们还可以利用智能指针引用计数机制，对资源自动管理：
//编译不通过
class CSingleton
{
public:
static std::shared_ptr<CSingleton> getInstance();
private:
CSingleton(){std::cout<<"创建了一个对象"<<std::endl;}
~CSingleton(){std::cout<<"销毁了一个对象"<<std::endl;}
CSingleton(const CSingleton&) = delete;
CSingleton& operator=(const CSingleton&) = delete;
static std::shared_ptr<CSingleton> instance;
static std::mutex mutex;
};
std::shared_ptr<CSingleton> CSingleton::instance;
std::mutex CSingleton::mutex;
std::shared_ptr<CSingleton> CSingleton::getInstance()
{
if (nullptr == instance)
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
if (nullptr == instance)
{
instance = std::shared_ptr<CSingleton>(new CSingleton());
}
}
return instance;
}
注意上述代码无法通过编译，原因是当std::shared_ptr被销毁时，它会尝试使用delete来销毁管理的对象。但因为CSingleton的析构函数是私有的，所以无法从外部手动销毁CSingleton实例。
要解决这个问题，我们需要在CSingleton中自定义一个删除器，让std::shared_ptr能够调用私有析构函数。
class CSingleton
{
public:
static std::shared_ptr<CSingleton> getInstance();
private:
CSingleton(){std::cout<<"创建了一个对象"<<std::endl;}
~CSingleton(){std::cout<<"销毁了一个对象"<<std::endl;}
CSingleton(const CSingleton&) = delete;
CSingleton& operator=(const CSingleton&) = delete;
static std::shared_ptr<CSingleton> instance;
static std::mutex mutex;
static void deleter(CSingleton* p); //自定义删除器
};
std::shared_ptr<CSingleton> CSingleton::instance;
std::mutex CSingleton::mutex;
std::shared_ptr<CSingleton> CSingleton::getInstance()
{
if (nullptr == instance)
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
if (nullptr == instance)
{
instance = std::shared_ptr<CSingleton>(new CSingleton(),CSingleton::deleter);
}
}
return instance;
}
void CSingleton::deleter(CSingleton* p)
{
delete p;
std::cout<<"deleter worked"<<std::endl;
}
测试结果：
局部静态变量
局部静态变量形式的单例模式也可以完成资源的释放，详见《单例模式学习》。
static CSingleton& getInstance()
{
static CSingleton instance;
return instance;
}