C++单例模式为何要实例化一个对象不全部使用static

C++的单例模式是一种常用的设计模式，用于确保一个类在应用程序中只存在一个实例，以及提供全局访问该实例的机制。

在C++的单例模式实现中，通常将单例类的构造函数设为私有的，以禁止其他代码直接构造其实例。然后，提供一个静态方法，用于获得该类的唯一实例。该方法将根据需要创建一个实例，并将其保存在静态成员变量中。每次调用该方法时，都会返回该唯一实例。这种实现方式的代码大致如下：

class Singleton {
private:
    Singleton() {}

    static Singleton *instance_;

public:
    static Singleton *GetInstance() {
        if (instance_ == nullptr) {
            instance_ = new Singleton();
        }
        return instance_;
    }
};

Singleton *Singleton::instance_ = nullptr;

但是，在上述实现方式中，必须在单例类中定义一个静态成员变量（如 instance_），用于存储唯一实例。这往往会在程序启动时初始化，而且即使在以后的程序运行中，它也会一直存在于内存中，浪费大量的内存空间。

因此，更好的实现方式是：

在 GetInstance() 函数中，将单例对象定义为静态局部变量。这样，仅在该函数首次被调用时，才会创建该对象。后续调用该函数时，就直接使用现有的实例了。

为避免一个潜在的问题，即在多个线程同时调用 GetInstace() 函数时，有可能会创建多个对象，并且这些对象可能在同一时间获取 instance_ 的值，从而导致程序错误。因此，应该使用双检锁机制或者不使用静态成员变量并手动管理实例内存。

示例1：使用静态局部变量实现单例模式

class Singleton {
private:
    Singleton() {}

public:
    static Singleton &GetInstance(){
        static Singleton instance;
        return instance;
    }
};

示例2：使用双检锁机制实现单例模式

class Singleton {
private:
    Singleton() {}

    static Singleton *instance_;
    static std::mutex mutex_;

public:
    static Singleton *GetInstance() {
        if (instance_ == nullptr) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
            if (instance_ == nullptr) {
                instance_ = new Singleton();
            }
        }
        return instance_;
    }
};

Singleton *Singleton::instance_ = nullptr;
std::mutex Singleton::mutex_;

以上两个示例中，都只在需要时才会创建实例对象，从而避免了静态成员变量对内存空间的浪费。同时，示例2还加入了线程安全性保护措施，避免了多线程环境下出现的程序错误。