c++ - 如何在 C++ 中保存对 Singleton 的 get_instance 调用？

Question

在下面的这个虚拟示例中，我想创建一个单例，我可以在其中保存在嵌入式微 Controller 上成本很高的 get_instance 调用。

#include <stdio.h>

template<class T>
class CamelBase {
    public:
    static T& get_instance() {
        static T instance;
        return instance;
    }    

    protected:
    CamelBase() {}    
    CamelBase(T const&) = delete;
    void operator=(T const&) = delete;
};

class Camel: public CamelBase<Camel> {
    public:
    int answer() {
        return 42;
    }
};

int main(void)
{
    printf("%d\n", Camel::get_instance().answer());
    return Camel::get_instance().answer();
}

我们可以在这里看到https://godbolt.org/g/1ugPxx每次调用 answer 都会调用 get_instance，这很奇怪，因为编译器无论如何都会内联 answer。

main:
  push {r4, lr}
  bl CamelBase<Camel>::get_instance()
  mov r1, #42
  ldr r0, .L15
  bl printf
  bl CamelBase<Camel>::get_instance()
  pop {r4, lr}
  mov r0, #42
  bx lr

是否有另一种方法可以为 I2C 或 SPI 等外围设备编写这种 Singleton？

使用静态类更好吗？一个引用指针？

Answer 1

每次您编写一个函数静态变量时，都会转化为一个条件:如果它还没有被初始化，它就会被初始化。您的编译器可能无法全局优化，因此它不知道实例是否已经存在，因此调用。

您应该问自己的第一个问题:它真的是单例吗？单例模式记录了如果您有多个实例(即使在测试时)，某些事情将无法恢复。是你的情况吗？如果不是，而您只想要一个通用实例，请使用静态变量(除非您需要特定的销毁顺序)。请记住，单例记录了您代码中的一个设计缺陷，而不是一个功能。

如果你真的需要一个单例，我们通常拥有的是(与上面的 Scott Meyers 单例相反)一个指向实例的静态私有(private)成员指针(默认为 nullptr)和一个显式的 if。在get_instance()如果需要填充它。您的编译器可能会或可能不会比另一个更好地优化它 - 通常它不会在同一个 fn 和 get_instance() 中检查条件两次。将被内联。

如果这没有帮助，您仍然可以为每个函数提供一个对单例的引用，比如 auto&& instance = CamelBase<Camel>::get_instance() .但是，您也可以将它作为一个函数参数，然后问题就出现了，一直到 main - 您只是在其中创建了一个实例。如果您想要按需实例，这将不起作用。