| 标题 | asp.net中C++单例实现问题分析 |
| 范文 | 方案一 代码如下: > class QMManager { public: static QMManager &instance() { static QMManager instance_; return instance_; } } 这是最简单的版本，在单线程下(或者是C++0X下)是没任何问题的，但在多线程下就不行了，因为static QMManager instance_;这句话不是线程安全的。 在局部作用域下的静态变量在编译时，编译器会创建一个附加变量标识静态变量是否被初始化，会被编译器变成像下面这样(伪代码)： 代码如下: > static QMManager &instance() { static bool constructed = false; static uninitialized QMManager instance_; if (!constructed) { constructed = true; new(&s) QMManager; //construct it } return instance_; } 这里有竞争条件，两个线程同时调用instance()时，一个线程运行到if语句进入后还没设constructed值，此时切换到另一线程，constructed值还是false，同样进入到if语句里初始化变量，两个线程都执行了这个单例类的初始化，就不再是单例了。 方案二 一个解决方法是加锁： 代码如下: > static QMManager &instance() { Lock(); //锁自己实现 static QMManager instance_; UnLock(); return instance_; } 但这样每次调用instance()都要加锁解锁，代价略大。 方案三 那再改变一下，把内部静态实例变成类的静态成员，在外部初始化，也就是在include了文件，main函数执行前就初始化这个实例，就不会有线程重入问题了： 代码如下: > class QMManager { protected: static QMManager instance_; QMManager(); ~QMManager(){}; public: static QMManager *instance() { return &instance_; } void do_something(); }; QMManager QMManager::instance_; //外部初始化 这被称为饿汉模式，程序一加载就初始化，不管有没有调用到。 看似没问题，但还是有坑，在一个2B情况下会有问题：在这个单例类的构造函数里调用另一个单例类的方法可能会有问题。 看例子： 代码如下: > //.h class QMManager { protected: static QMManager instance_; QMManager(); ~QMManager(){}; public: static QMManager *instance() { return &instance_; } }; class QMSqlite { protected: static QMSqlite instance_; QMSqlite(); ~QMSqlite(){}; public: static QMSqlite *instance() { return &instance_; } void do_something(); }; QMManager QMManager::instance_; QMSqlite QMSqlite::instance_; //.cpp QMManager::QMManager() { printf("QMManager constructorn"); QMSqlite::instance()->do_something(); } QMSqlite::QMSqlite() { printf("QMSqlite constructorn"); } void QMSqlite::do_something() { printf("QMSqlite do_somethingn"); } 这里QMManager的构造函数调用了QMSqlite的instance函数，但此时QMSqlite::instance_可能还没有初始化。 这里的执行流程：程序开始后，在执行main前，执行到QMManager QMManager::instance_;这句代码，初始化QMManager里的instance_静态变量，调用到QMManager的构造函数，在构造函数里调用QMSqlite::instance()，取QMSqlite里的instance_静态变量，但此时QMSqlite::instance_还没初始化，问题就出现了。 那这里会crash吗，测试结果是不会，这应该跟编译器有关，静态数据区空间应该是先被分配了，在调用QMManager构造函数前，QMSqlite成员函数在内存里已经存在了，只是还未调到它的构造函数，所以输出是这样： QMManager constructor QMSqlite do_something QMSqlite constructor 方案四 那这个问题怎么解决呢，单例对象作为静态局部变量有线程安全问题，作为类静态全局变量在一开始初始化，有以上2B问题，那结合下上述两种方式，可以解决这两个问题。boost的实现方式是：单例对象作为静态局部变量，但增加一个辅助类让单例对象可以在一开始就初始化。如下： 代码如下: > //.h class QMManager { protected: struct object_creator { object_creator() { QMManager::instance(); } inline void do_nothing() const {} }; static object_creator create_object_; QMManager(); ~QMManager(){}; public: static QMManager *instance() { static QMManager instance; return &instance; } }; QMManager::object_creator QMManager::create_object_; class QMSqlite { protected: QMSqlite(); ~QMSqlite(){}; struct object_creator { object_creator() { QMSqlite::instance(); } inline void do_nothing() const {} }; static object_creator create_object_; public: static QMSqlite *instance() { static QMSqlite instance; return &instance; } void do_something(); }; QMManager::object_creator QMManager::create_object_; QMSqlite::object_creator QMSqlite::create_object_; 结合方案3的.cpp，这下可以看到正确的输出和调用了： QMManager constructor QMSqlite constructor QMSqlite do_something 来看看这里的执行流程： 初始化QMManager类全局静态变量create_object_ ->调用object_creator的构造函数 ->调用QMManager::instance()方法初始化单例 ->执行QMManager的构造函数 ->调用QMSqlite::instance() ->初始化局部静态变量QMSqlite instance ->执行QMSqlite的构造函数，然后返回这个单例。 跟方案三的区别在于QMManager调用QMSqlite单例时，方案3是取到全局静态变量，此时这个变量未初始化，而方案四的单例是静态局部变量，此时调用会初始化。 跟最初方案一的区别是在main函数前就初始化了单例，不会有线程安全问题。 最终boost 上面为了说明清楚点去除了模版，实际使用是用模版，不用写那么多重复代码，这是boost库的模板实现： 代码如下: > template <typename T> struct Singleton { struct object_creator { object_creator(){ Singleton<T>::instance(); } inline void do_nothing()const {} }; static object_creator create_object; public: typedef T object_type; static object_type& instance() { static object_type obj; //据说这个do_nothing是确保create_object构造函数被调用 //这跟模板的编译有关 create_object.do_nothing(); return obj; } }; template <typename T> typename Singleton<T>::object_creator Singleton<T>::create_object; class QMManager { protected: QMManager(); ~QMManager(){}; friend class Singleton<QMManager>; public: void do_something(){}; }; int main() { Singleton<QMManager>::instance()->do_something(); return 0; } 其实Boost库这样的实现像打了几个补丁，用了一些奇技淫巧，虽然确实绕过了坑实现了需求，但感觉挺不好的。 |
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