Question

我一直在阅读很多关于单身人士的信息，他们应该和不应该使用它们，以及如何安全地实施它们。我正在用C ++ 11编写，并且遇到了Meyer对单例的懒惰初始化实现，如this question.中所见

此实施是：

static Singleton& instance()
{
     static Singleton s;
     return s;
}

我理解这对于SO的其他问题是如何线程安全的，但我不明白的是这实际上是一个单例模式。我用其他语言实现了单例，这些总是像Wikipedia这样的例子：

public class SingletonDemo {
        private static volatile SingletonDemo instance = null;

        private SingletonDemo() {       }

        public static SingletonDemo getInstance() {
                if (instance == null) {
                        synchronized (SingletonDemo .class){
                                if (instance == null) {
                                        instance = new SingletonDemo ();
                                }
                      }
                }
                return instance;
        }
}

当我看第二个例子时，它非常直观，它是一个单例，因为该类拥有对其自身的一个实例的引用，并且只返回该实例。但是，在第一个示例中，我不明白这是如何防止存在对象的两个实例的。所以我的问题是：

第一个实现如何强制执行单例模式？我认为它与static关键字有关，但我希望有人可以向我深入解释幕后发生的事情。
在这两种实现方式之间，是否优于另一种？有什么优点和缺点？

感谢您的帮助，

Answer 1

这是一个单例，因为本地函数的static存储持续时间意味着程序中只存在该本地的一个实例。

在幕后，这大致可以被认为等同于以下的C ++ 98（甚至可能被编译器模糊地实现）：

static bool __guard = false;
static char __storage[sizeof(Singleton)]; // also align it

Singleton& Instance() {
  if (!__guard ) {
    __guard = true;
    new (__storage) Singleton();
  }
  return *reinterpret_cast<Singleton*>(__storage);
}

// called automatically when the process exits
void __destruct() {
  if (__guard)
    reinterpret_cast<Singleton*>(__storage)->~Singleton();
}

线程安全位使它变得有点复杂，但它基本上是相同的。

查看C ++ 11的实际实现，每个静态（如上面的布尔值）都有一个保护变量，它也用于障碍和线程。看看Clang的AMD64输出：

Singleton& instance() {
   static Singleton instance;
   return instance;
}

来自{64}的AMD64上的Ubuntu的Clang 3.0的instance的AMD64程序集（由http://gcc.godbolt.org/提供）：

instance():                           # @instance()
  pushq %rbp
  movq  %rsp, %rbp
  movb  guard variable for instance()::instance(%rip), %al
  testb %al, %al
  jne   .LBB0_3
  movl  guard variable for instance()::instance, %edi
  callq __cxa_guard_acquire
  testl %eax, %eax
  je    .LBB0_3
  movl  instance()::instance, %edi
  callq Singleton::Singleton()
  movl  guard variable for instance()::instance, %edi
  callq __cxa_guard_release
.LBB0_3:
  movl  instance()::instance, %eax
  popq  %rbp
  ret

您可以看到它引用全局防护，以查看是否需要初始化，使用__cxa_guard_acquire，再次测试初始化，等等。除了使用AMD64程序集和Itanium ABI中指定的符号/布局外，几乎所有方式都与维基百科发布的版本完全相同。

请注意，如果您运行该测试，则应该为Singleton提供一个非平凡的构造函数，因此它不是POD，否则优化器将意识到执行所有保护/锁定工作没有意义。

Answer 2

// Singleton.hpp
class Singleton {
public:
    static Singleton& Instance() {
        static Singleton S;
        return S;
    }

private:
    Singleton();
    ~Singleton();
};

这种实现被称为Meyers的Singleton。斯科特迈耶斯说：

“这种方法建立在C ++保证本地静态对象的基础之上在第一次遇到对象的定义时初始化在打电话给那个功能时。“......”作为奖励，如果你从不打电话给函数模拟非本地静态对象，您永远不会产生成本构建和破坏对象。“

打电话的时候 Singleton& s=Singleton::Instance() 第一次创建对象，并且每次调用Singleton::Instance()时都会返回相同的对象。主要问题：

受制于毁灭命令Fiasco（相当于Initialization Order Fiasco）

另一种实现称为可靠泄漏的Singleton。

class Singleton {
public:
    static Singleton& Instance() {
        if (I == nullptr) { I = new Singleton(); }
        return *I;
    }

private:
    Singleton();
    ~Singleton();

    static Singleton* I;
};

// Singleton.cpp
Singleton* Singleton::I = 0;

两个问题：

泄漏，除非您实施发布并确保调用它（一次）
非线程安全

Meyers如何实现Singleton实际上是Singleton

2 个答案: