單例本來是個很簡單的模式,實現上應該也是很簡單,但c++單例的簡單實現會有一些坑,來看看為了避免這些坑怎樣一步步演化到boost庫的實現方式。
class qmmanager
}
這是最簡單的版本,在單執行緒下(或者是c++0x下)是沒任何問題的,但在多執行緒下就不行了,因為static qmmanager instance_;這句話不是執行緒安全的。
在區域性作用域下的靜態變數在編譯時,編譯器會建立乙個附加變數標識靜態變數是否被初始化,會被編譯器變成像下面這樣(偽**):
static qmmanager &instance()
return instance_;
}
這裡有競爭條件,兩個執行緒同時呼叫instance()時,乙個執行緒執行到if語句進入後還沒設constructed值,此時切換到另一線程,constructed值還是false,同樣進入到if語句裡初始化變數,兩個執行緒都執行了這個單例類的初始化,就不再是單例了。
乙個解決方法是加鎖:
static qmmanager &instance()
但這樣每次呼叫instance()都要加鎖解鎖,代價略大。
那再改變一下,把內部靜態例項變成類的靜態成員,在外部初始化,也就是在include了檔案,main函式執行前就初始化這個例項,就不會有執行緒重入問題了:
class qmmanager
;public:
static qmmanager *instance()
void do_something();
};qmmanager qmmanager::instance_; //外部初始化
這被稱為餓漢模式,程式一載入就初始化,不管有沒有呼叫到。
看似沒問題,但還是有坑,在乙個2b情況下會有問題:在這個單例類的建構函式裡呼叫另乙個單例類的方法可能會有問題。
看例子:
//.h
class qmmanager
;public:
static qmmanager *instance()
};class qmsqlite
;public:
static qmsqlite *instance()
void do_something();
};qmmanager qmmanager::instance_;
qmsqlite qmsqlite::instance_;
//.cpp
qmmanager::qmmanager()
qmsqlite::qmsqlite()
void qmsqlite::do_something()
這裡qmmanager的構造函式呼叫了qmsqlite的instance函式,但此時qmsqlite::instance_可能還沒有初始化。
這裡的執行流程:程式開始後,在執行main前,執行到qmmanager qmmanager::instance_;這句**,初始化qmmanager裡的instance_靜態變數,呼叫到qmmanager的建構函式,在建構函式裡呼叫qmsqlite::instance(),取qmsqlite裡的instance_靜態變數,但此時qmsqlite::instance_還沒初始化,問題就出現了。
那這裡會crash嗎,測試結果是不會,這應該跟編譯器有關,靜態資料區空間應該是先被分配了,在呼叫qmmanager建構函式前,qmsqlite成員函式在記憶體裡已經存在了,只是還未調到它的建構函式,所以輸出是這樣:
qmmanager constructor
qmsqlite do_something
qmsqlite constructor
那這個問題怎麼解決呢,單例物件作為靜態區域性變數有執行緒安全問題,作為類靜態全域性變數在一開始初始化,有以上2b問題,那結合下上述兩種方式,可以解決這兩個問題。boost的實現方式是:單例物件作為靜態區域性變數,但增加乙個輔助類讓單例物件可以在一開始就初始化。如下:
//.h
class qmmanager
inline void do_nothing() const {}
};static object_creator create_object_;
qmmanager();
~qmmanager(){};
public:
static qmmanager *instance()
};qmmanager::object_creator qmmanager::create_object_;
class qmsqlite
; struct object_creator
inline void do_nothing() const {}
};static object_creator create_object_;
public:
static qmsqlite *instance()
void do_something();
};qmmanager::object_creator qmmanager::create_object_;
qmsqlite::object_creator qmsqlite::create_object_;
結合方案3的.cpp,這下可以看到正確的輸出和呼叫了:
qmmanager constructor
qmsqlite constructor
qmsqlite do_something
來看看這裡的執行流程:
初始化qmmanager類全域性靜態變數create_object_
->呼叫object_creator的建構函式
->呼叫qmmanager::instance()方法初始化單例
->執行qmmanager的建構函式
->呼叫qmsqlite::instance()
->初始化區域性靜態變數qmsqlite instance
->執行qmsqlite的建構函式,然後返回這個單例。
跟方案三的區別在於qmmanager呼叫qmsqlite單例時,方案3是取到全域性靜態變數,此時這個變數未初始化,而方案四的單例是靜態區域性變數,此時呼叫會初始化。
跟最初方案一的區別是在main函式前就初始化了單例,不會有執行緒安全問題。
上面為了說明清楚點去除了模版,實際使用是用模版,不用寫那麼多重複**,這是boost庫的模板實現:
template struct singleton
inline void do_nothing()const {}
};static object_creator create_object;
public:
typedef t object_type;
static object_type& instance()
};template typename singleton::object_creator singleton::create_object;
class qmmanager
; friend class singleton;
public:
void do_something(){};
};int main()
其實boost庫這樣的實現像打了幾個補丁,用了一些奇技淫巧,雖然確實繞過了坑實現了需求,但感覺挺不好的。
**
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