自己动手实现线程安全的C++单例类

前段时间使用C++做项目开发,需要根据根据配置文件路径加载全局配置文件,并对外提供唯一访问点。面对这样一个需求,自然的就想到了使用单例模式来创建一个单例配置对象,供外部调用。一开始想使用boost中自带的单例类来实现,但是遗憾的是,boost中的的单例类好像只能使用无参的类构造函数,而我希望将配置文件路径作为单例配置对象的构造函数参数,此外正好借此机会使用C++自己动手实现一个单例类。

  1.线程安全的C++单例类

  实现线程安全的C++单例类,主要要实现以下几点:1)构造函数私有化,即构造函数、拷贝构造函数和复制构造函数定义为private。构造函数私有化是为了防止在类外部定义类对象;拷贝构造函数私有化是为了防止拷贝行为产生多个实例;复制构造函数私有化,防止赋值产生多个实例。  2)提供静态全局访问点,供外部调用访问  3)通过锁机制或者static初始化,保证多线程访问单例对象安全。程序如下:

  清单1:单例类 config.h

#ifndef _CONFIG_H_
#define _CONFIG_H_
#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
class Config
{
private:    //1.构造函数私有
    Config()
    {
        m_path = "config.cfg";
        loadGlobalConfig();
    }
    Config(string path) :m_path(path)
    {
        loadGlobalConfig();
    }
    Config(const Config &);  //拷贝构造函数不实现,防止拷贝产生多个实例
    Config & operator =  (const Config &);  //复制构造函数不实现,防止赋值产生多个实例
public:
    static Config * getInstance()    //2.提供全局访问点
    {
        static Config m_singletonConfig;    //3.c++11保证了多线程安全,程序退出时,释放资源
        return &m_singletonConfig;
    }
    void loadGlobalConfig()
    {
        //std::cout<<"111"<<std::endl;
        //Sleep(1000);  //休眠1000ms
        //std::cout<<"222"<<std::endl;
        //加载配置文件......
    }
private:
    string m_path;    //配置文件的路径
};
#endif // _CONFIG_H_

  2. static线程安全测试

    前面提到,c++11保证了static对象在执行构造函数初始化时的线程安全性。对此c++11中的static变量的该特性,我做了一个实验,验证了static类对象的构造函数线程安全性。撤销清单1中28-30行代码的注释,执行main.cpp。main.cpp代码如下: 

  清单2 :main.cpp

#include "config.h"
#include <thread>
#define THREAD_NUM 2
void gTestStatic()
{
    Config *pConf=Config::getInstance();
}
int main()
{
    std::thread threadArray[THREAD_NUM]; 
    for (int i=0;i<THREAD_NUM;i++)
    {
        threadArray[i] = std::thread(&gTestStatic);
    }
    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
    {
        threadArray[i].join();    //主线程等待所有的线程结束
    }
    return 0;
}

清单3 : 实验结果

output:
            111
            222

  从这个实验可以看出,一个线程在执行类的构造函数时休眠1ms,另一个线程在等待,因此static对象的构造函数确实只执行了一次。因此,c++11确实保证了static对象构造函数初始化的多线程安全。

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