方案一
代碼如下:
class qmmanager
{
public:
static qmmanager &instance()
{
static qmmanager instance_;
return instance_;
}
}
這是最簡單的版本，在單線程下(或者是c++0x下)是沒任何問題的，但在多線程下就不行了，因為static qmmanager instance_;這句話不是線程安全的。
在局部作用域下的靜態(tài)變量在編譯時，編譯器會創(chuàng)建一個附加變量標(biāo)識靜態(tài)變量是否被初始化，會被編譯器變成像下面這樣(偽代碼)：
代碼如下:
static qmmanager &instance()
{
static bool constructed = false;
static uninitialized qmmanager instance_;
if (!constructed) {
constructed = true;
new(&s) qmmanager; //construct it
}
return instance_;
}
這里有競爭條件，兩個線程同時調(diào)用instance()時，一個線程運(yùn)行到if語句進(jìn)入后還沒設(shè)constructed值，此時切換到另一線程，constructed值還是false，同樣進(jìn)入到if語句里初始化變量，兩個線程都執(zhí)行了這個單例類的初始化，就不再是單例了。
方案二
一個解決方法是加鎖：
代碼如下:
static qmmanager &instance()
{
lock(); //鎖自己實現(xiàn)
static qmmanager instance_;
unlock();
return instance_;
}
但這樣每次調(diào)用instance()都要加鎖解鎖，代價略大。
方案三
那再改變一下，把內(nèi)部靜態(tài)實例變成類的靜態(tài)成員，在外部初始化，也就是在include了文件，main函數(shù)執(zhí)行前就初始化這個實例，就不會有線程重入問題了：
代碼如下:
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
這被稱為餓漢模式，程序一加載就初始化，不管有沒有調(diào)用到。
看似沒問題，但還是有坑，在一個2b情況下會有問題：在這個單例類的構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用另一個單例類的方法可能會有問題。
看例子：
代碼如下:
//.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);
}
這里qmmanager的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用了qmsqlite的instance函數(shù)，但此時qmsqlite::instance_可能還沒有初始化。
這里的執(zhí)行流程：程序開始后，在執(zhí)行main前，執(zhí)行到qmmanager qmmanager::instance_;這句代碼，初始化qmmanager里的instance_靜態(tài)變量，調(diào)用到qmmanager的構(gòu)造函數(shù)，在構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用qmsqlite::instance()，取qmsqlite里的instance_靜態(tài)變量，但此時qmsqlite::instance_還沒初始化，問題就出現(xiàn)了。
那這里會crash嗎，測試結(jié)果是不會，這應(yīng)該跟編譯器有關(guān)，靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)空間應(yīng)該是先被分配了，在調(diào)用qmmanager構(gòu)造函數(shù)前，qmsqlite成員函數(shù)在內(nèi)存里已經(jīng)存在了，只是還未調(diào)到它的構(gòu)造函數(shù)，所以輸出是這樣：
qmmanager constructor
qmsqlite do_something
qmsqlite constructor
方案四
那這個問題怎么解決呢，單例對象作為靜態(tài)局部變量有線程安全問題，作為類靜態(tài)全局變量在一開始初始化，有以上2b問題，那結(jié)合下上述兩種方式，可以解決這兩個問題。boost的實現(xiàn)方式是：單例對象作為靜態(tài)局部變量，但增加一個輔助類讓單例對象可以在一開始就初始化。如下：
代碼如下:
//.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_;
結(jié)合方案3的.cpp，這下可以看到正確的輸出和調(diào)用了：
qmmanager constructor
qmsqlite constructor
qmsqlite do_something
來看看這里的執(zhí)行流程：
初始化qmmanager類全局靜態(tài)變量create_object_
->調(diào)用object_creator的構(gòu)造函數(shù)
->調(diào)用qmmanager::instance()方法初始化單例
->執(zhí)行qmmanager的構(gòu)造函數(shù)
->調(diào)用qmsqlite::instance()
->初始化局部靜態(tài)變量qmsqlite instance
->執(zhí)行qmsqlite的構(gòu)造函數(shù)，然后返回這個單例。
跟方案三的區(qū)別在于qmmanager調(diào)用qmsqlite單例時，方案3是取到全局靜態(tài)變量，此時這個變量未初始化，而方案四的單例是靜態(tài)局部變量，此時調(diào)用會初始化。
跟最初方案一的區(qū)別是在main函數(shù)前就初始化了單例，不會有線程安全問題。
最終boost
上面為了說明清楚點(diǎn)去除了模版，實際使用是用模版，不用寫那么多重復(fù)代碼，這是boost庫的模板實現(xiàn)：
代碼如下:
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;
//據(jù)說這個do_nothing是確保create_object構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用
//這跟模板的編譯有關(guān)
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;
}
其實boost庫這樣的實現(xiàn)像打了幾個補(bǔ)丁，用了一些奇技淫巧，雖然確實繞過了坑實現(xiàn)了需求，但感覺挺不好的。