为什么我的单例实现不编译？(C++)

Question

我是C/C++新手

我试着实现单例模式。

为什么下面的代码不编译。在javascript中，以类似的方式实现单例模式没有问题。(https://addyosmani.com/resources/essentialjsdesignpatterns/book/#singletonpatternjavascript)

我认为当我声明指针*singleton_instance static时，静态方法可以访问它。但是G++给出了错误

singleton_pattern_nullptr.cpp:12:20: warning: ‘constexpr’ needed for in-class initialization of static data member ‘Grammar* Grammar::singleton_instance’ of non-integral type [-fpermissive]
   12 |    static Grammar *singleton_instance = NULL;

但即使是

#include <iostream>
#include <stdio.h>    
#define NULL nullptr
    
class Grammar {         
protected:
    Grammar() {};
    Grammar(const Grammar&) = delete;
    Grammar& operator=(const Grammar&) = delete;

    static Grammar *singleton_instance = NULL;          
public:         
    Grammar& getInstance();     
}; 

static Grammar& Grammar::getInstance() {
    if(singleton_instance == NULL) {
        // no star with new
        singleton_instance = new Grammar();
    }           
    return *singleton_instance;
}
    
int main(int argc, char* argv[]) {          
    Grammar *grammar;       
    grammar = Grammar::getInstance();
            
    return 0;
}

现在当我定义

static constexpr Grammar *singleton_instance = NULL;

g++产生错误信息.

singleton_pattern_nullptr.cpp:23:23: error: assignment of read-only variable ‘Grammar::singleton_instance’
   23 |    singleton_instance = new Grammar();

但还是..。

singleton_pattern_nullptr.cpp:33:34: error: cannot call member function ‘Grammar& Grammar::getInstance()’ without object
   33 |   grammar = Grammar::getInstance();

我以为我可以把它变成mutable，但是在这个线程(C++中的静态可变成员变量？)中，我读到不应该需要指定静态成员变量才能成为(可变的)，因为无论如何都应该是这样的。

因此，请告诉我我的错误在哪里，以及是否可以在C++中实现像我上面想的那样的单例(请参阅javascript示例)。

谢谢

编辑：

到目前为止，我已经承认了目前的答案，但我仍然不知道自己做错了什么。如果可能的话，请告诉我如何更改指针*singleton_instance和Grammar::getInstance()，以便我可以根据这个想法操作指针。现在，我已经沮丧地声明了这两种静态，并根据*singleton_instance的错误消息用修饰符constexpr声明了g++。

不会那么难吧？

另一个例子：https://developer-blog.net/singleton-design-pattern-in-c/

谢谢

编辑2：

感谢M47发布了一篇实用的"Meyers Singleton“(作为用户idclev 463035818的注释)

但是，尽管我设置了标志-std=c++17，编译器仍然使用警告进行响应。

**singleton_pattern.h:9:12:** warning: inline variables are only available with ‘-std=c++17’ or ‘-std=gnu++17’
    9 |     static inline Grammar *singleton_instance = nullptr;

但请允许我三(两？)请更多关于c++的理解问题。

1-在头文件中，方法声明为static inline。

static inline Grammar *singleton_instance = nullptr;

然而，在定义中，您传递了这些“修饰符”(?)。或者是通过名称空间/类运算符static在定义中隐含了static inline还是同时隐含了::？我想我在某个地方读过类似的书。

Grammar& Grammar::getInstance()

如果不是这样的话，那么我就知道头文件声明和cpp文件定义中的发散修饰符上有线程。能给我个提示吗？

最后但并非最不重要的(小问题)我收到警告

warning: variable ‘grammar’ set but not used [-Wunused-but-set-variable]

非常感谢您向我展示了如何使单例模式的指针版本工作！荣誉！

Answer 1

不需要将静态实例显式声明为成员变量。你也可以：

class Grammar
{
public:
    Grammar() {}
    Grammar(const Grammar&) = delete;
    Grammar& operator=(const Grammar&) = delete;
    static Grammar& Grammar::getInstance() {
        static Grammar instance;
        return instance
    }
};

这样还可以避免直接使用原始指针、潜在的分段错误和SIOFs。尽管如此，根据C++核心指南，不推荐单例范例。

注意，我删除了前两行中的复制构造函数和赋值。这通常是在单例范例中完成的，以避免不必要的副本。

编辑:用指针进行编辑

// header file:
class Grammar {
protected:
    Grammar() {};
    Grammar(const Grammar&) = delete;
    Grammar& operator=(const Grammar&) = delete;

    static inline Grammar *singleton_instance = nullptr;   
public:
    static Grammar& getInstance();
};
// cpp file
Grammar& Grammar::getInstance() {
    if (singleton_instance == nullptr) {
        // no star with new
        singleton_instance = new Grammar();
    }
    return *singleton_instance;
}
// main.cpp
#include "grammar.h"
int main(int argc, char* argv[]) {
    Grammar *grammar;
    grammar = &Grammar::getInstance();

    return 0;
}

静态内联成员变量仅在C++17中定义。另一种方法是在类之外初始化静态成员。它必须在一个和唯一一个翻译单位完成。这可能会导致SIOFs：

// cpp file
#include "grammar.h"
Grammar* Grammar::singleton_instance = nullptr;
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