Singleton Pattern

Singleton Pattern帶來的是保證一個class只有一個實體，無法產生第二個第三個...　使用這種模式的概念是系統中永遠只會唯一存在，如OS kernal、program core或hardward controller等。C++實作如下：

class IOController {
private:
    IOController() { /*implement*/ }
    IOController(const Core&);
    IOController& operator=(const IOController&);
    virtual ~IOController();

public:
    static IOController& getIOController() {
        static IOController IOController;
        return IOController;
    }

    void memberFunctionA() {}
    void memberFunctionA() {}

private:
    MemberData A;
    MemberData B;
};

一個正確的Singleton應該確保唯一性，C++確保唯一的保護措施有三點：
1. default constructor宣告為private並實作（空內容也沒關係）。因此實體只能在內部產生，外部無法取得建構子。
2. copy constructor and operator=宣告為private並不實作。宣告為private使得外部無法取得函式原型，不實作它是因為不需要，並且令編譯失敗（若使用到copy constructor or operator=，因為沒有實作，會產生連結錯誤，確保不能複製物件）
3. destructor宣告為private，防止外部刪除實體。（這一點可商議。若getIOController()回傳IOController*，則destructor必須宣告為private；若getIOController回傳IOController&，那這點可忽略）

另外值得注意的是getIOController()中宣告static IOController IOController物件，這樣寫法是依賴編譯器的一個規則，"函式內的靜態物件在該函式第一次執行時被初始化"，所以getIOController從末被呼叫時，IOController沒有被初始化，效能並沒有降低。

提到唯一性一定會想起靜態函式和靜態物件，那Singleton可以利用靜態來實作嗎

class IOController {
public:
    static void memberFunctionA() {}
    static void memberFunctionA() {}
    // ...

private:
    static MemberData A;
    static MemberData B;
    // ...
};

這樣看似沒甚麼問題，也不需要宣告private之類有的沒的。但是這情況下會缺乏擴充性，假如現在需要第二代IOController2，且保留IOController，視不同情況選擇使用。這樣實作IOController2會很困難，因為靜態函式不能成為虛擬函式，所以IOController和IOController2不能使用多型。若以原來的範例則可以輕鬆解決。

class IOController2 : public IOController {
private:
    IOController2() { /*implement*/ }
    IOController2(const IOController2&);
    IOController2& operator=(const IOController2&);
    virtual ~IOController2();

public:
    static IOController2& getIOController2() {
        static IOController2 IOController2;
        return IOController2;
    }

    void memberFunctionA() {}
    void memberFunctionB() {}

private:
    MemberData C;
    MemberData D;
};

void main {
    bool condition = true;
    Core& core = condition? IOController2::getIOController2(): IOController::getIOController();

    core.memberFunctionA();
    core.memberFunctionB();
}