| 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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