c++ - 我可以在用 C++ 构造静态本地时访问它吗？

Question

C++ 标准保证在首次使用时实例化静态局部变量。但是，我想知道如果我在构造静态本地对象时访问它会发生什么。我假设这是UB。但是在以下情况下避免这种情况的最佳做法是什么？

问题情境

Meyers Singleton 模式在静态 getInstance() 方法中使用静态本地来在第一次使用时构造对象。现在，如果构造函数(直接或间接)再次调用 getInstance()，我们将面临静态初始化尚未完成的情况。这是一个说明问题情况的最小示例:

class StaticLocal {
private:
    StaticLocal() {
        // Indirectly calls getInstance()
        parseConfig();
    }
    StaticLocal(const StaticLocal&) = delete;
    StaticLocal &operator=(const StaticLocal &) = delete;

    void parseConfig() {
        int d = StaticLocal::getInstance()->getData();
    }
    int getData() {
        return 1;
    }

public:
    static StaticLocal *getInstance() {
        static StaticLocal inst_;
        return &inst_;
    }

    void doIt() {};
};

int main()
{
    StaticLocal::getInstance()->doIt();
    return 0;
}

在 VS2010 中，这没有问题，但 VS2015 出现死锁。

对于这种简单、简化的情况，显而易见的解决方案是直接调用 getData()，而无需再次调用 getInstance()。但是，在更复杂的场景下(如我的实际情况)，这种方案并不可行。

尝试解决方案

如果我们更改 getInstance() 方法以像这样处理静态本地指针(从而放弃 Meyers Singleton 模式):

static StaticLocal *getInstance() {
    static StaticLocal *inst_ = nullptr;
    if (!inst_) inst_ = new StaticLocal;
    return inst_;
}

很明显，我们得到了无限递归。 inst_ 在第一次调用时是 nullptr，所以我们用 new StaticLocal 调用构造函数。此时，inst_ 仍然是 nullptr 因为它只会在以下情况下被赋值构造函数完成。但是，构造函数会再次调用getInstance()，在inst_中找到一个nullptr，从而再次调用构造函数。一次又一次，......

一个可能的解决方案是将构造函数的主体移动到 getInstance() 中:

StaticLocal() { /* do nothing */ }

static StaticLocal *getInstance() {
    static StaticLocal *inst_ = nullptr;
    if (!inst_) {
        inst_ = new StaticLocal;
        inst_->parseConfig();
    }
    return inst_;
}

这会起作用。但是，我对这种情况并不满意，因为构造函数应该构造一个完整的对象。这种情况是否可以破例值得商榷，因为它是单例。但是，我不喜欢它。

但更重要的是，如果该类具有非平凡的析构函数怎么办？

~StaticLocal() { /* Important Cleanup */ }

在上述情况下，永远不会调用析构函数。我们松开了 RAII，因此松开了 C++ 的一个重要区别特征!我们处在一个像 Java 或 C# 这样的世界......

所以我们可以用某种智能指针包装我们的单例:

static StaticLocal *getInstance() {
    static std::unique_ptr<StaticLocal> inst_;
    if (!inst_) {
        inst_.reset(new StaticLocal);
        inst_->parseConfig();
    }
    return inst_.get();
}

这将在程序退出时正确调用析构函数。但它迫使我们公开析构函数。

在这一点上，我觉得我正在做编译器的工作......

回到最初的问题

这种情况真的是未定义行为吗？或者它是 VS2015 中的编译器错误？

这种情况的最佳解决方案是什么，最好是不删除完整的构造函数和 RAII？

Answer 1

这会导致 c++ 11 standard 的未定义行为.相关部分是6.7:

If control enters the declaration concurrently while the variable is being initialized, the concurrent execution shall wait for completion of the initialization. If control re-enters the declaration recursively while the variable is being initialized, the behavior is undefined.

标准示例如下:

int foo(int i) {
    static int s = foo(2*i); // recursive call - undefined
    return i+1;
}

您正面临死锁，因为 MSVC 插入互斥锁/解锁以使静态变量初始化线程安全。一旦你递归地调用它，你就会在同一个线程中锁定同一个互斥量两次，这会导致死锁。

This是如何在 llvm 编译器内部实现静态初始化的。

IMO 最好的解决方案是根本不使用单例。大量开发人员倾向于认为 singleton is anti-pattern .像你提到的问题真的很难调试，因为它发生在 main 之前。因为全局初始化的顺序是未定义的。此外，可能涉及多个翻译单元，因此编译器不会捕获此类错误。因此，当我在生产代码中遇到同样的问题时，我不得不删除所有单例。

如果您仍然认为单例是正确的方法，那么当您的单例对象拥有(例如，将它们作为成员持有)所有调用 GetInstance< 的类时，您需要以某种方式重新构建代码 在单例初始化期间。将您的类想象成所有权树，其中单例是根。在创建子项时，如果子项需要，将引用传递给父项。