c++的单例模式的一种写法以及多线程安全问题

单例模式

Code

// 单例设计模式
class sigleC {
public:
  static sigleC* getInstance() {
    if (m_instance == nullptr) {
      m_instance = new sigleC();
      static delobj cl; // 
    }
    return m_instance;  
  }
  // 通过嵌套类来实现析构
  class delobj {
  public:
    ~delobj()
    {
      if (sigleC::m_instance) {
        delete sigleC::m_instance;
        sigleC::m_instance = nullptr; // 创建的单例能一直维持到程序结束才被释放
      }
    }
  };
  void func() {
    cout << "测试" << endl;
  }
private:
  sigleC(){}
  static sigleC* m_instance;


};

// 类静态变量初始化
sigleC* sigleC::m_instance = nullptr;
int main()
{
  sigleC* p1 = sigleC::getInstance(); // 只创建一个sigleC类对象
  sigleC* p2 = sigleC::getInstance();

  return 0;
}

那么为什么不在单例类的析构函数中直接释放m_instance，而在类中嵌套另一个类？

原因

析构函数是在类的某一个对象离开作用域时自动调用的，如果在程序中创建了一个单例类对象obj1，之后obj1离开了它的作用域，后来我又创建了一个单例类对象obj2，期望是后来创建的obj2的内容和原来创建obj1时的m_instance是一样的。如果是在单例类的析构函数中释放m_instance然后置为null的话，则我后面obj2所得到的instance又是重新new出来的，和原来obj1的instance不是同一个！
总结：用老师的方式所，

多线程安全问题：双重锁定

#include <iostream>
#include <mutex>
using namespace std;
std::mutex resource_mutex;

class sigleC {
public:
  static sigleC* getInstance() {
    if (m_instance == nullptr) { // 双重锁定机制
      std::unique_lock<std::mutex> mymutex(resource_mutex);
      if (m_instance == nullptr) {
        m_instance = new sigleC();
        static delobj cl;
      }
    }
    return m_instance;
  }
  // 通过嵌套类来实现析构
  class delobj {
  public:
    ~delobj()
    {
      if (sigleC::m_instance) {
        delete sigleC::m_instance;
        sigleC::m_instance = nullptr; // 创建的单例能一直维持到程序结束才被释放
      }
    }
  };
  void func() {
    cout << "测试" << endl;
  }
private:
  sigleC() {}
  static sigleC* m_instance;
};

// 线程函数
void mythread()
{
  cout << "开辟线程开始" << endl;
  sigleC* p1 = sigleC::getInstance(); // 只创建一个sigleC类对象
  cout << "开辟线程结束" << endl;
}

// 类静态变量初始化
sigleC* sigleC::m_instance = nullptr;

int main()
{
  std::thread t1(mythread);
  std::thread t2(mythread);
  t1.join();
  t2.join();
  sigleC::getInstance()->func();
  return 0;
}

双重锁定亦然存在问题，会带来reorder现象

正常的指令序列​​m_instance = new sigleC();​​

1. 分配内存；
2. 调用构造器
3. 将指针返回值传递给m_instance
   我们以为cpu会这么做，但是实际上可能会发生2、3步骤交换的情况，导致双重锁定失效

解决办法如下：

方法2：std::call_once()

std::mutex resource_mutex;
std::once_flag g_flag; // 这是个系统定义的标记
 
class sigleC {
public:
  static void createInstance() {  // 只被调用一次
    m_instance = new sigleC();
    static delobj cl;
  }

  static sigleC* getInstance() {
    std::call_once(g_flag, createInstance);  // 可以把g_flag想象成一把锁
    return m_instance;
  }
  // 通过嵌套类来实现析构
  class delobj {
  public:
    ~delobj()
    {
      if (sigleC::m_instance) {
        delete sigleC::m_instance;
        sigleC::m_instance = nullptr; // 创建的单例能一直维持到程序结束才被释放
      }
    }
  };
  void func() {
    cout << "测试" << endl;
  }
private:
  sigleC() {}
  static sigleC* m_instance;
};