C++怎么实现一个线程安全的单例模式_C++ call_once与双重检查锁定

答案：c++中线程安全单例常用std::call_once和双重检查锁定，前者由标准库保障安全且简洁，后者需手动加锁并二次检查以防竞态，但易出错；推荐优先使用局部静态变量或std::call_once。

在C++中实现线程安全的单例模式，常用的方法有两种：使用 std::call_once 与 std::once_flag，以及经典的“双重检查锁定”（double-Checked Locking）模式。下面分别介绍这两种方式，并说明它们的优缺点和适用场景。

使用 std::call_once 保证线程安全

std::call_once 是 C++11 提供的一种机制，确保某个函数在整个程序生命周期中只被调用一次，即使在多线程环境下也是如此。配合 std::once_flag 使用，非常适合实现线程安全的单例。

示例代码：

#include <mutex> <p>class Singleton { public: Static Singleton& getInstance() { std::call_once(initInstanceFlag, &Singleton::init); return *instance; }</p><p>private: Singleton() = default; static void init() { instance = new Singleton(); }</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>static std::once_flag initInstanceFlag; static Singleton* instance;

};

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// 静态成员定义 std::once_flag Singleton::initInstanceFlag; Singleton* Singleton::instance = nullptr;

这种方式的优点是简洁、安全，由标准库保证初始化的唯一性和线程安全，开发者无需手动加锁或处理竞态条件。

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双重检查锁定（Double-Checked Locking）

这种模式旨在减少加锁开销，在实例已创建后避免每次调用都进入临界区。其核心逻辑是：先判断指针是否为空，若为空再加锁，然后再次检查（防止多个线程同时通过第一次检查），最后创建实例。

示例代码：

#include <mutex> <p>class Singleton { public: static Singleton* getInstance() { if (instance == nullptr) {  // 第一次检查 std::lock<em>guard<std::mutex> lock(mutex</em>); if (instance == nullptr) {  // 第二次检查 instance = new Singleton(); } } return instance; }</p><p>private: Singleton() = default; static Singleton* instance; static std::mutex mutex_; };</p><p>// 静态成员定义 Singleton* Singleton::instance = nullptr; std::mutex Singleton::mutex_;

需要注意的是，虽然该模式常见，但在 C++ 中必须确保内存模型的安全性。在 C++11 及以后版本中，只要使用了 std::mutex 等同步原语，双重检查锁定是安全的。但若使用裸指针和 volatile 不当，可能因编译器重排序导致未完全构造的对象被其他线程访问。

对比与建议

• std::call_once 更推荐用于现代 C++ 项目，它语义清晰、不易出错，且性能开销极小（仅首次调用有同步成本）。
• 双重检查锁定 虽然高效，但实现稍复杂，容易因细节疏忽引入 bug，比如忘记第二次检查或使用了非原子操作。
• 如果单例对象可以接受局部静态变量的方式，还可以直接使用Meyers 单例：
  static Singleton& getInstance() { static Singleton instance; return instance; }
  在 C++11 之后，局部静态变量的初始化是线程安全的，这是最简洁安全的写法。

基本上就这些。对于大多数情况，优先选择局部静态变量或 std::call_once，避免手动管理锁和指针。不复杂但容易忽略细节。