推荐使用局部静态变量实现线程安全单例,c++11保证其初始化线程安全,代码简洁高效;2. 可选std::call_once配合std::once_flag实现精细控制;3. 双重检查锁定虽可行但易出错,不推荐新手使用。

在C++中实现线程安全的单例模式,关键在于确保多个线程同时调用时,实例只被创建一次且不会出现竞争条件。现代C++(C++11及以上)提供了语言级别的保证,让实现变得简单可靠。
使用局部静态变量(推荐方法)
C++11标准规定:函数内的局部静态变量初始化是线程安全的。这个特性使得最简单的单例实现也能天然支持多线程。
代码示例如下:
class Singleton { public: static Singleton& getInstance() { static Singleton instance; // 局部静态变量,自动线程安全 return instance; } <pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private: Singleton() = default; ~Singleton() = default; };
优点:简洁、高效、无需手动加锁,由编译器保证初始化时的线程安全。
适用场景:绝大多数现代C++项目都可直接使用此方式。
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使用std::call_once和std::once_flag
如果你需要更精细的控制,或者编译器对C++11静态初始化的支持有疑虑,可以显式使用std::call_once保证只执行一次初始化。
示例代码:
#include <mutex> <p>class Singleton { public: static Singleton& getInstance() { std::call_once(onceFlag, []() { instance.reset(new Singleton); }); return *instance; }</p><pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private: Singleton() = default; ~Singleton() = default;
static std::unique_ptr<Singleton> instance; static std::once_flag onceFlag;
};
std::unique_ptr<Singleton> Singleton::instance = nullptr; std::once_flag Singleton::onceFlag;
优点:明确控制初始化时机,适用于复杂构造逻辑。
缺点:代码稍复杂,性能略低于静态变量方式。
双重检查锁定(DCLP)与原子指针(传统方式,不推荐新手使用)
在C++11之前常用双重检查锁定模式,需配合volatile和内存屏障。现代C++可用std::atomic重写,但容易出错。
示例:
#include <mutex> #include <atomic> <p>class Singleton { public: static Singleton<em> getInstance() { Singleton</em> tmp = instance.load(); if (!tmp) { std::lock<em>guard<std::mutex> lock(mutex</em>); tmp = instance.load(); if (!tmp) { tmp = new Singleton(); instance.store(tmp); } } return tmp; }</p><pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private: Singleton() = default; ~Singleton() = default;
static std::atomic<Singleton*> instance; static std::mutex mutex_;
};
std::atomic<Singleton*> Singleton::instance{nullptr}; std::mutex Singleton::mutex_;
注意:虽然可行,但容易因内存顺序问题导致未定义行为,建议优先使用前两种方法。
基本上就这些。对于大多数情况,推荐使用局部静态变量方式,它简洁、安全、高效,是现代C++实现线程安全单例的最佳实践。


