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C++ 怎么实现单例模式 C++线程安全的懒汉式写法【设计模式】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-03 12:10:02

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来源于php中文网

原创

懒汉式单例默认线程不安全,因多线程可能同时通过 instance == nullptr 判断并执行 new,导致多次构造;C++11 起推荐用 std::call_once + std::once_flag 或函数内局部静态变量实现线程安全初始化。

c++ 怎么实现单例模式 c++线程安全的懒汉式写法【设计模式】

懒汉式单例为什么默认线程不安全

因为 getInstance() 第一次调用时才创建实例,多个线程可能同时判断 instance == nullptr 为真,接着各自执行 new 操作——结果构造函数被调用多次,内存泄漏且行为未定义。

C++11 起推荐用 std::call_once + std::once_flag

这是最清晰、可读性强、且由标准库保证只执行一次的方案。不需要手动加锁,也不依赖编译器对局部静态变量的实现细节。

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        std::call_once(initFlag, []() {
            instance = new Singleton();
        });
        return *instance;
    }
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

private: Singleton() = default; static Singleton* instance; static std::once_flag initFlag; };

Singleton* Singleton::instance = nullptr; std::once_flag Singleton::initFlag;

  • std::call_once 内部已做原子控制,多线程并发调用不会重复执行 lambda
  • 必须把 instance 声明为 static Singleton*,不能是局部静态变量(否则无法配合 call_once 管理生命周期)
  • 析构需自行管理(比如在程序退出前显式 delete instance),否则会内存泄漏

更简洁但隐含依赖的写法:C++11 局部静态变量

如果不需要手动控制析构时机,直接用函数内局部静态变量是最简方案——C++11 标准规定其初始化是线程安全的。

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance; // C++11 起,首次调用时线程安全地构造
        return instance;
    }
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

private: Singleton() = default; };

  • 无需手动管理指针、std::once_flag 或锁,代码最少
  • 析构在 main() 返回后、全局对象析构阶段自动执行,不可控但通常够用
  • 注意:某些嵌入式或老版本工具链(如 GCC

别踩 double-checked locking 的坑

手写双重检查锁(DCLP)在 C++ 中极易出错,除非你非常清楚内存序和编译器重排规则。常见错误包括:

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  • 忘记用 std::atomic 声明 instance,导致读写非原子
  • 漏掉 memory_order_acquire/release,使构造函数指令被重排到指针赋值之后
  • 即使加了 volatile 也无效——C++ 的 volatile 不提供线程同步语义

除非有特殊限制(比如不能用 C++11+ 特性),否则不要自己实现 DCLP。

实际项目里优先选局部静态变量写法;若必须延迟析构或兼容旧环境,再用 std::call_once 方案。两者都比手写锁可靠得多。

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