再谈单例模式

原文链接：再谈单例模式
发布时间：2015-11-17 17:04:35

之前写过一篇博客 《C++单例模式的模板基类》 http://blog.kentonly.com/2015/09/04/2015-09-04-C++单例模式的模板基类/

但是，最近才发现实际 上 static T* Instance() 的实现是有一点bug 的，下面分析。

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static T *Instance()
       {
           if(NULL != m_Instance)
           {
               return m_Instance;
           }
           m_Mutex.Lock();
           if(NULL != m_Instance)
           {
               m_Mutex.UnLock();
               return m_Instance;
           }
           m_Instance = new(std::nothrow) T();
           m_Mutex.UnLock();
           return m_Instance;
       }

这种实现在多线程环境下，可能会有bug ，原因就在 m_Instance = new (std::nothrow) T() 这行代码。

这句代码实际上分三步执行：

1、分配内存

2、调用构造函数，初始化内存空间

3、将内存地址赋值给单例指针

代码可转化为如下形式：

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T*  p  =  newMemory(sizeof(T))

p->BaseSingleton::BaseSingleton()

m_Instance = p

编译器出于优化的目的，可能会将第一步和第三步合并，变成如下：

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m_Instance  =  newMemory(sizeof(T))

m_Instance->BaseSingleton::BaseSingleton()

那么在执完第一行代码时，有可能会切换到其他线程，其他线程如果调用 Instance()函数，由于m_Insatnce已经赋值，将返回这个指针，但是

指针指向的内存并未初始化，所以会造成不可预知的错误。

在Boost库中，有一种很好的单例实现模式，我做了一点修改，就是引用改成指针。代码如下：

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#ifndef BASESINGLETON_H
#define BASESINGLETON_H

/**
  单例模式采用boost源码
  由于boost单例返回的是引用，下面改成指针
  */
template<class T>
class BaseSingleton
{
public:
    BaseSingleton(){}
private:
    struct object_creator
    {
        // This constructor does nothing more than ensure that instance()
        //  is called before main() begins, thus creating the static
        //  T object before multithreading race issues can come up.
        object_creator() { BaseSingleton<T>::Instance(); }
        inline void do_nothing() const { }
    };
    static object_creator create_object;

    //BaseSingleton();

public:
    typedef T object_type;

    // If, at any point (in user code), BaseSingleton<T>::instance()
    //  is called, then the following function is instantiated.
    static object_type* Instance()
    {
        // This is the object that we return a reference to.
        // It is guaranteed to be created before main() begins because of
        //  the next line.
        static object_type obj;

        // The following line does nothing else than force the instantiation
        //  of BaseSingleton<T>::create_object, whose constructor is
        //  called before main() begins.
        create_object.do_nothing();

        return &obj;
    }
};
template <class T>
typename BaseSingleton<T>::object_creator
BaseSingleton<T>::create_object;

#endif // BASESINGLETON_H

我之前实现的单例模式中，必须是第一次手动调用Instance()才生成单例对象，这样就引入了多线程的问题。

而Boost实现方式，在单例类中定义一个内嵌的静态的结构体，这个结构体生成时调用自己的构造函数，构造函数中执行Instance()函数，由于单例类内的静态的结构体生成时，是在main()执行之前，所以巧妙地绕开了多线程的问题。