C++11 单例。静态变量是线程安全的吗？为什么？

Question

我刚刚读到，这个结构：

const bg::AppSettings& bg::AppSettings::GetInstance()
{
    static AppSettings instance;
    return instance;
}

是创建单例的线程安全且有效的方法吗？！我是否正确，每次调用此方法时静态 AppSettings 变量都是相同的？！我对这个范围的界定有点困惑......

我的正常方法是使用 unique_ptr 作为我班级的静态成员......但这似乎有效......有人可以向我解释一下，这是怎么回事？！

顺便说一句：const 在这里有意义吗？！

Answer 1

在 C++11（及更高版本）中，函数 local static AppSettings 的构造保证是线程安全的。注意：Visual Studio 直到 VS-2015 才实现 C++11 的这一方面。

编译器将在AppSettings 旁边放置一个隐藏标志，指示它是否是：

• 未构建。
• 正在建设中。
• 已构建。

第一个线程将找到设置为“未构造”的标志并尝试构造对象。成功构建后，标志将设置为“已构建”。如果另一个线程出现并发现标志设置为“正在构建”，它将等待标志设置为“正在构建”。

如果构造因异常而失败，标志将设置为“未构造”，并且将在下一次通过时重试构造（在同一线程或不同线程上）。

对象instance 将在程序的其余部分保持构造，直到main() 返回，此时instance 将被破坏。

每次执行线程通过AppSettings::GetInstance()，都会引用完全相同的对象。

在 C++98/03 中，不能保证构造是线程安全的。

如果AppSettings的构造函数递归进入AppSettings::GetInstance()，则行为未定义。

如果编译器可以“在编译时”看到如何构造instance，则允许。

如果AppSettings 具有constexpr 构造函数（用于构造instance 的构造函数），并且instance 被constexpr 限定，则编译器需要在编译时构造instance。如果instance在编译时被构造，“not-constructed/constructed”标志将被优化掉。

Answer 2

您的代码的行为与此类似：

namespace {
    std::atomic_flag initialized = ATOMIC_FLAG_INIT;
    std::experimental::optional<bg::AppSettings> optional_instance;
}

const bg::AppSettings& bg::AppSettings::GetInstance()
{
    if (!initialized.test_and_set()) {
        optional_instance.emplace();
    }
    return *optional_instance;
}

通过在程序的整个过程中存在一个线程安全标志，编译器可以在每次调用函数时检查这个标志，并且只初始化你的变量一次。不过，真正的实现可以使用其他机制来获得同样的效果。