C 單例實現

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。

參考資料：

以上是為實現單例在多執行緒執行中正常執行而做的修改。

下面介紹一下基於boost庫實現單例的簡單使用方法。

為了讓單例使用起來更為方便，可定義如下巨集：

#define single(classname) singleton::instance()

使用時，可直接呼叫：

single(myclass)->...

總結：

C 單例實現

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c 實現單例

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c 實現單例

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