c++ - 在初始化列表中创建单例对象会导致访问冲突(仅限 Release模式)

Question

我确实看到了一个(对我来说)奇怪的访问冲突异常。我会尽量减少问题。我有一个 A 类和一个单例对象 sing_。代码看起来像这样:

class A {
    A();
    Sing& sing_;
}

A::A() : sing_(Sing::instance()){
    call a method that creates a local copy of Singleton Sing.
    ....
}

Sing类继承自Singleton:

class Sing : public Singleton<Sing>{
    friend class Singleton<Sing>;
    ....
}

Singleton 本身看起来像那样(这是 QuantLib 库中的实现)

template <class T>
class Singleton : private boost::noncopyable {
  public:
    static T& instance();
  protected:
    Singleton() {}
};


template <class T>
T& Singleton<T>::instance() {
    static std::map<Integer, boost::shared_ptr<T> > instances_;
    #if defined(QL_ENABLE_SESSIONS)
    Integer id = sessionId();
    #else
    Integer id = 0;
    #endif
    boost::shared_ptr<T>& instance = instances_[id];
    if (!instance)
        instance = boost::shared_ptr<T>(new T);
    return *instance;
}

我的项目代码嵌入在 Qt Gui 环境中。在 Debug模式下启动它不会有任何问题。当我尝试以 Release模式启动时，情况发生了可怕的变化。这是主要方法:

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    GUI w;
    w.show();
    w.setup(argc, argv);

    return a.exec();
}

最后类 GUI 看起来像这样缩写:

class GUI : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    GUI(QWidget *parent = 0, Qt::WFlags flags = 0);
    ~GUI();
private:
    boost::shared_ptr<A> a_; 
};

当我在 Release模式下启动此代码时，会发生以下情况:

1. 调用了一个名为 ___tmainCRTstartup() 的方法。其中调用了一个方法 _WinMain。

2. 在此方法 WinMain 中(甚至在调用 main 方法和 GUI 对象之前已创建)调用 A 的构造函数。这意味着成员 sing 将被初始化。

3. sing_ 在调用 Sing::instance() 期间初始化。到目前为止一切看起来都很好。

4. A 的构造函数被执行。其中创建了对单例对象 Sing 的本地引用。调用 Sing::instance() 导致该行发生访问冲突

       boost::shared_ptr<T>& instance = instances_[id];
   

当我在那个地方查看 instances_[id] 时(在 Release 模式下调试)， map 看起来完全被破坏了。这意味着 map 中只有一个元素。但关键不是 0，而是一个非常负的整数，而且这个值看起来很奇怪。

我完全不知道这里出了什么问题。

将 A 中的成员 sing_ 更改为静态成员可解决问题:

class A {
    A();
    static Sing& sing_;
}

Sing& sing_ = Sing::instance();

A::A() {
    call a method that creates a local copy of Singleton Sing.
    ....
}

这当然很好，但我真的很想知道这两种实现之间的“大”区别是什么。为什么第一种方式以访问冲突结束？任何提示表示赞赏。

Answer 1

我不确定问题的路径，但我可以提供一些帮助:

首先，在调试中运行的程序在发布时失败(反之亦然)的最常见原因:

1. 在调试中，所有内存通常(我知道的大多数调试器)都初始化为 0。因此安全 nullptr 检查可以避免错误。在发布时，内存未初始化，因此您会得到垃圾/随机值。

2. 时机。代码优化以及缺少调试检查和设置(例如将所有内容都设置为 0)使代码速度更快，因此线程之间存在不同的时序。

现在回到你的案例。您将变量视为“已销毁”的原因可能只是因为代码优化。
通常，如果您启用了代码优化，编译器可能会决定将一些变量放在硬件寄存器中，而不是按预期放在堆栈中。
这可能会导致调试器误解某些局部变量。 (最常见的是 *this 指针存储在寄存器中)。

现在，映射中的 operator[] 不应引发异常。如果映射没有该键的值，则将创建它。

所以我能想到的唯一解释是 map 本身已损坏，因此当它试图遍历 map 的节点时，它崩溃了。

这种类型的损坏通常是由 2 个线程同时尝试更改 map 引起的。
这在您的情况下是可能的，因为在那个简单的单例实现中没有锁保护。
可能是这种情况的另一个迹象是，当您将其设为静态时，问题就解决了。将变量设为静态会导致对象的启动发生得更早，这可能正是您解决线程竞争所需的时间。