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;也可用std::call_once控制初始化时机,或DCLP加std::atomic优化性能,但前者最常用且安全。

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单例的获取实例方法时,只创建一个对象且不会发生竞争条件。现代C++(C++11及以上)提供了更简洁、安全的方式来实现这一点。
使用局部静态变量(推荐方式)
C++11 起,局部静态变量的初始化是线程安全的。 这意味着我们可以利用这一特性轻松写出线程安全的单例。
代码示例如下:
class Singleton {public: // 获取单例实例 static Singleton& getInstance() { static Singleton instance; // 局部静态变量,自动线程安全 return instance; }// 删除拷贝构造和赋值操作Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:// 构造函数私有Singleton() = default;~Singleton() = default;};
优点:简洁、高效、无需手动加锁,编译器保证首次初始化时的线程安全。
使用 std::call_once 和 std::once_flag
如果你需要更精细地控制初始化时机,可以使用 std::call_once 和 std::once_flag,它们能确保某段代码只执行一次,即使在多线程环境下。
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示例代码:
#includeclass Singleton {public:static Singleton& getInstance() {static std::once_flag flag;std::call_once(flag, [&]() {instance.reset(new Singleton);});return *instance;}
Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:Singleton() = default;~Singleton() = default;
static std::unique_ptr instance;
};
// 静态成员定义std::unique_ptr Singleton::instance = nullptr;
适用场景:当你想延迟初始化或配合智能指针管理生命周期时比较有用。
双重检查锁定(DCLP)+ std::atomic(传统方式,较复杂)
在老版本C++中常用双重检查锁定模式,但在C++11之后需结合 std::atomic 避免重排序问题。
示例:
#include #includeclass Singleton {public:static Singleton getInstance() {Singleton tmp = instance.load();if (tmp == nullptr) {std::lockguard lock(mutex);tmp = instance.load();if (tmp == nullptr) {tmp = new Singleton();instance.store(tmp);}}return tmp;}
Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:Singleton() = default;~Singleton() = default;
static std::atomic instance;static std::mutex mutex_;
};
// 静态成员定义std::atomic Singleton::instance{nullptr};std::mutex Singleton::mutex_;
注意:这种方式容易出错,不推荐新手使用,除非有特殊性能要求。
总结与建议
对于绝大多数现代C++项目,推荐使用局部静态变量的方式。它写法简单,编译器自动处理线程安全,且支持 RAII 和自动析构。
基本上就这些。不复杂但容易忽略细节,尤其是构造函数私有化和禁用拷贝。
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