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C++11规定了local static在多线程条件下的初始化行为,要求编译器保证了内部静态变量的线程安全性。在C++11标准下,《Effective C++》提出了一种更优雅的单例模式实现,使用函数内的 local static 对象。这样,只有当第一次访问getInstance()方法时才创建实例。这种方法也被称为Meyers’ Singleton。C++0x之后该实现是线程安全的,C++0x之前仍需加锁。

// version 1.2

class Singleton
private:
	Singleton() { };
	~Singleton() { };
	Singleton(const Singleton&);
	Singleton& operator=(const Singleton&);
public:
	static Singleton& getInstance() 
		static Singleton instance;
		return instance;

补充:C++中static对象的初始化

non-local static对象(函数外)

C++规定,non-local static 对象的初始化发生在main函数执行之前,也即main函数之前的单线程启动阶段,所以不存在线程安全问题。但C++没有规定多个non-local static 对象的初始化顺序,尤其是来自多个编译单元的non-local static对象,他们的初始化顺序是随机的。

local static 对象(函数内)

对于local static 对象,其初始化发生在控制流第一次执行到该对象的初始化语句时。多个线程的控制流可能同时到达其初始化语句。

在C++11之前,在多线程环境下local static对象的初始化并不是线程安全的。具体表现就是:如果一个线程正在执行local static对象的初始化语句但还没有完成初始化,此时若其它线程也执行到该语句,那么这个线程会认为自己是第一次执行该语句并进入该local static对象的构造函数中。这会造成这个local static对象的重复构造,进而产生内存泄露问题。所以,local static对象在多线程环境下的重复构造问题是需要解决的。

而C++11则在语言规范中解决了这个问题。C++11规定,在一个线程开始local static 对象的初始化后到完成初始化前,其他线程执行到这个local static对象的初始化语句就会等待,直到该local static 对象初始化完成。

在一般的操作系统中,上述基于c++11的 local static懒汉式单例模式都是work的,但是最近,遇到了在某个特殊的操作系统(QNX)中上述单例模式不work的情况,现象是每次getinstance返回的静态对象地址不相同,即便我编译时已经支持了c++11,也是不能工作。

无奈,采用了实现比较复杂一点的懒汉式单例实现方法,也是参考上文的例子:

  • 为了保证线程安全,采用了双重加锁策略(DCL, double-checked locking pattern)

  • 加入DCL后,其实还是有问题的,关于memory model。在某些内存模型中(虽然不常见)或者是由于编译器的优化以及运行时优化等等原因,使得instance虽然已经不是nullptr但是其所指对象还没有完成构造,这种情况下,另一个线程如果调用getInstance()就有可能使用到一个不完全初始化的对象。换句话说,就是代码中第2行:if(instance == NULL)和第六行instance = new Singleton();没有正确的同步,在某种情况下会出现new返回了地址赋值给instance变量而Singleton此时还没有构造完全,当另一个线程随后运行到第2行时将不会进入if从而返回了不完全的实例对象给用户使用,造成了严重的错误。在C++11没有出来的时候,只能靠插入两个memory barrier(内存屏障)来解决这个错误,但是C++11引进了memory model,提供了Atomic实现内存的同步访问,即不同线程总是获取对象修改前或修改后的值,无法在对象修改期间获得该对象。 利用atomic去实现这部分,需要后续深入学习、理解

  • 为了去除内存泄漏的风险,使用了嵌套类作为析构类,嵌套类析构时,会释放此前getInstance中new出的内存

值得注意的几点:

  • c++静态变量(const整数类型除外)一定要在类外进行定义和初始化(类内的只是声明,非初始化,不会分配内存)
  • 单例模式的析构函数中不要释放(delete)单例对象,而是应该定义一个静态的嵌套类对象去析构单例对象。因为delete对象时,先要调用对象的析构函数,这会造成在析构函数中去调用析构函数的递归死循环,最后耗尽栈空间
  • 单例的析构函数最好是私有的,否则别人可能会delete你的instance
  • GetInstance()肯定是static的,因为它不属于某个对象,最关键的是你也不能构造出类对象去调用它,所以必须是static的
  • 由于GetInstance是static的,所以它内部用到的锁,也得是static的,不能属于类对象才行。
C++11规定了local static在多线程条件下的初始化行为,要求编译器保证了内部静态变量的线程安全性。在C++11标准下,《Effective C++》提出了一种更优雅的单例模式实现,使用函数内的 local static 对象。这样,只有当第一次访问getInstance()方法时才创建实例。这种方法也被称为Meyers’ Singleton。C++0x之后该实现是线程安全的,C++0x...   前段时间在网上看到了个的面试题,大概意思是如何在不使用锁和C++11的情况下,用C++实现线程安全的Singleton。   看到这个题目后,第一个想法是用Scott Meyer在《Effective C++》中提到的,在static成员函数中构造local static变量的方法来实现,但是经过一番查找、思考,才明白这种实现在某些情况下是有问题的。本文主要将从基本的单线程中的Singleton开始,慢慢讲述多线程与Singleton的那些事。   在单线程下,下面这个是常见的写法: template<typename> class Singleton
单例模式几乎是最常用的设计模式,简单易懂,使用起来效果显著,在此也不对单例模式做剖析,不了解的可以自行查阅资料。 项目中多次使用单例模式后发现每次都是重复的构建单例类,于是做了一个单例模式模板。 //单例模板 //delete 与 default 来自于 c++ 11 template <typename T> class Singleton { //使用默认构造和析构函数 Singleton() = default; ~Singleton() = default;
2011年12月8日,ISO正式发布了新的C语言的新标准C11,之前被称为C1X,官方名称为ISO/IEC 9899:2011。 新的标准提高了对C++的兼容性,并增加了一些新的特性。这些新特性包括: 对齐处理(Alignment)的标准化(包括_Alignas标志符,alignof运算符, aligned_alloc函数以及<stdalign.h>头文件。 _Noreturn 函数标记,类似于 gcc 的 __attribute__((noreturn))。 _Generic 关键字。 多线程(Multithreading)支持,包括:_Thread_local存储类型标识符,<threads.h>头文件,里面包含了线程的创建和管理函数。 增强的Unicode的支持。基于C Unicode技术报告ISO/IEC TR 19769:2004,增强了对Unicode的支持。包括为UTF-16/UTF-32编码增加了char16_t和char32_t数据类型,提供了包含unicode字符串转换函数的头文件<uchar.h>. 删除了 gets() 函数,使用一个新的更安全的函数gets_s()替代。 增加了边界检查函数接口,定义了新的安全的函数,例如 fopen_s(),strcat_s() 等等。 增加了更多浮点处理宏。 匿名结构体/联合体支持。这个在gcc早已存在,C11将其引入标准。 静态断言(Static assertions),_Static_assert(),在解释 #if 和 #error 之后被处理。 新的 fopen() 模式,(“…x”)。类似 POSIX 中的 O_CREAT|O_EXCL,在文件锁中比较常用。 新增 quick_exit() 函数作为第三种终止程序的方式。当 exit()失败时可以做最少的清理工作。 _Atomic类型修饰符和<stdatomic.h>头文件。
  在前几天接触到了协程的概念,觉得很有趣。因为我可以使用一个线程来实现一个类似多线程的程序,如果使用协程来替代线程,可以省去很多原子操作和内存栅栏的麻烦,大大减少与线程同步相关的系统调用。因为我只有一个线程,而且协程之间的切换是可以由函数自己决定的。   我有见过几种协程的实现,因为没有 C/C++ 的原生支持,所以多数的库使用了汇编代码,还有些库利用了 C 语言的 setjmp 和 longjmp 但是要求函数里面使用 static local 的变量来保存协程内部的数据。我讨厌写汇编和使用 static local 变量,所以想出了一种稍微优雅一点又有点奇技淫巧的实现方法。 这
1,pop3.zip CPop3Connection - an MFC Class to encapsulate the POP3 protocol(15KB)<END><br>2,ipenum.zip IPEnum - an MFC class and console app to allow IP address enumeration(11KB)<END><br>3,smtp....
单例模式是保证一个类只有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点,该实例被所有程序模块共享。 本文提供两种方式实现单例模板类:1、使用私有静态指针变量 2、使用局部静态变量, 具体如下: 1、私有静态指针变量 struct Uncloneable protected: Uncloneable() {} ~Uncloneable(){} private: Uncloneable(const...
static关键字 之前在C的面经总结中有对static进行详细介绍,就不多介绍了,今天我们重点来介绍C++static用法。 在类中,普通的成员方法在调用的时候编译器会自动添加一个this形参变量 普通成员方法的特点: 1、属于类的作用域 2、调用该方法时需要依赖一个对象 3、可以任意访问类的私有成员变量 在成员变量前面加上static后,这个成员变量就是静态的成员变量 静态的成员变量在类内只是一个声明 一定要在类外进行定义和初始化 (重点)静态成员变量不属于对象,而是属于类级别 在成员方法前面加上st
大名鼎鼎的Scott Meyer在《Effective C++》中提出了一种简洁的singleton写法: 在C++11之前的标准中并没有规定local static变量的内存模型。于是乎它就是不是线程安全的了。但是在C++11却是线程安全的,这是因为新的C++标准规定了当一个线程正在初始化一个变量的时候,其他线程必须得等到该初始化完成以后才能访问它。 封装之后的测试代码如下: #include <iostream> using namespace std; class Singleto
static Singleton* getInstance() { if (m_instance == nullptr) { std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex); if (m_instance == nullptr) { m_instance = new Singleton(); return m_instance; private: Singleton() {} static Singleton* m_instance; static std::mutex m_mutex; Singleton* Singleton::m_instance = nullptr; std::mutex Singleton::m_mutex; 在 getInstance() 函数中,首先判断实例是否已经存在。如果存在,直接返回实例指针。如果不存在,则加锁,再次判断实例是否存在。如果不存在,则创建实例并返回实例指针。加锁保证了多个线程同时调用 getInstance() 函数时只有一个线程可以创建实例,从而保证了线程安全性。