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c++怎么写一个线程安全的单例模式_c++线程安全单例模式实现方法

穿越時空

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发布时间:2025-10-12 15:17:01

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来源于php中文网

原创

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。

c++怎么写一个线程安全的单例模式_c++线程安全单例模式实现方法

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_oncestd::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:

#include 

class 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。

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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 
#include 

class 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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