单例继承疑问：调用派生类构造时创建的是哪个对象？

我创建了两个类——基类和派生类，其中基类是Singleton（单例）。当调用派生类的构造函数时，作为静态实例被创建的是哪个对象？是基类对象还是派生类对象，原因是什么？

代码示例 #

#include <iostream>
class Singleton {
protected:
    static Singleton* instance;
    Singleton() {}
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (!instance) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};
Singleton* Singleton::instance= nullptr;;

class DerivedSingleton : public Singleton {
public:
int x;
    static DerivedSingleton* getInstance() {
        if (!instance) {
            instance = new DerivedSingleton();
        }
        return (DerivedSingleton*)instance;
    }
};
int main(){
    Singleton *instance = DerivedSingleton::getInstance();
    std::cout << sizeof(DerivedSingleton) << std::endl;
    std::cout << sizeof(*instance) << std::endl;
    std::cout << sizeof(Singleton) << std::endl;
}

输出结果 #

4
1
1

我尝试打印了大小值，但无法理解为何创建的是基类对象。

解答 #

首先明确：实际创建的是DerivedSingleton对象，不是基类对象，你看到的sizeof结果是编译期特性导致的误解，具体原因如下：

• 静态成员的共享性：基类Singleton的静态成员instance是所有派生类共享的。第一次调用DerivedSingleton::getInstance()时，instance为空，所以会执行new DerivedSingleton()，此时分配的是派生类的内存（包含基类部分和int x成员，所以sizeof(DerivedSingleton)是4）。
• sizeof的编译期计算：sizeof(*instance)的结果由instance的静态类型（Singleton*）决定，这是编译阶段就确定的。空类Singleton的大小是1（C++标准要求每个对象必须有唯一地址，空类会被分配1字节的占位空间），所以不管instance运行时实际指向什么对象，sizeof(*instance)都会返回1。
• 验证实际对象类型：如果在main函数里把指针转换为派生类类型，就能正常访问派生类的成员，证明实际是派生类对象：

  DerivedSingleton* d_inst = static_cast<DerivedSingleton*>(instance);
  d_inst->x = 100;
  std::cout << d_inst->x << std::endl; // 输出100，说明对象确实是DerivedSingleton类型
  

• 当前实现的隐患：这种单例继承写法有严重问题——如果先调用Singleton::getInstance()，instance会被初始化为基类对象，之后DerivedSingleton::getInstance()会强制转换这个基类指针为派生类指针，此时访问x会触发未定义行为。正确的单例继承应该让派生类拥有自己的静态实例成员，避免共享基类的静态变量。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Gaurav Mehta