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c++怎么实现一个线程安全的单例模式_c++线程安全单例设计实现方法

尼克

发布： 2025-10-26 21:14:01

原创

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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；2. 可选std::call_once配合std::once_flag实现精细控制；3. 双重检查锁定虽可行但易出错，不推荐新手使用。

c++怎么实现一个线程安全的单例模式_c++线程安全单例设计实现方法

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时，实例只被创建一次且不会出现竞争条件。现代C++（C++11及以上）提供了语言级别的保证，让实现变得简单可靠。

使用局部静态变量（推荐方法）

C++11标准规定：函数内的局部静态变量初始化是线程安全的。这个特性使得最简单的单例实现也能天然支持多线程。

代码示例如下：

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance; // 局部静态变量，自动线程安全
        return instance;
    }
<pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

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

优点：简洁、高效、无需手动加锁，由编译器保证初始化时的线程安全。

适用场景：绝大多数现代C++项目都可直接使用此方式。

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使用std::call_once和std::once_flag

如果你需要更精细的控制，或者编译器对C++11静态初始化的支持有疑虑，可以显式使用std::call_once保证只执行一次初始化。

示例代码：

#include <mutex>
<p>class Singleton {
public:
static Singleton& getInstance() {
std::call_once(onceFlag, []() {
instance.reset(new Singleton);
});
return *instance;
}</p><pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

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private: Singleton() = default; ~Singleton() = default;

static std::unique_ptr<Singleton> instance;
static std::once_flag onceFlag;

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};

std::unique_ptr<Singleton> Singleton::instance = nullptr; std::once_flag Singleton::onceFlag;

优点：明确控制初始化时机，适用于复杂构造逻辑。

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缺点：代码稍复杂，性能略低于静态变量方式。

双重检查锁定（DCLP）与原子指针（传统方式，不推荐新手使用）

在C++11之前常用双重检查锁定模式，需配合volatile和内存屏障。现代C++可用std::atomic重写，但容易出错。

示例：

#include <mutex>
#include <atomic>
<p>class Singleton {
public:
static Singleton<em> getInstance() {
Singleton</em> tmp = instance.load();
if (!tmp) {
std::lock<em>guard<std::mutex> lock(mutex</em>);
tmp = instance.load();
if (!tmp) {
tmp = new Singleton();
instance.store(tmp);
}
}
return tmp;
}</p><pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

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private: Singleton() = default; ~Singleton() = default;

static std::atomic<Singleton*> instance;
static std::mutex mutex_;

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};

std::atomic<Singleton*> Singleton::instance{nullptr}; std::mutex Singleton::mutex_;

注意：虽然可行，但容易因内存顺序问题导致未定义行为，建议优先使用前两种方法。

基本上就这些。对于大多数情况，推荐使用局部静态变量方式，它简洁、安全、高效，是现代C++实现线程安全单例的最佳实践。

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