使用 std::unique_ptr 的带有私有析构函数的单例

Question

我在我的程序中创建了所有单例，并考虑到了该文档： http://erdani.com/publications/DDJ_Jul_Aug_2004_revised.pdf （如果有人想知道为什么是单例，它们都是工厂，其中一些存储了一些关于如何创建实例的全局设置。

它们每个看起来都像这样：

声明：

class SingletonAndFactory {
    static SingletonAndFactory* volatile instance;

public:
    static SingletonAndFactory& getInstance();

private:
    SingletonAndFactory();

    SingletonAndFactory(
        const SingletonAndFactory& ingletonFactory
    );

    ~SingletonAndFactory();
};

定义：

boost::mutex singletonAndFactoryMutex;

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// class SingletonAndFactory {

SingletonAndFactory* volatile singletonAndFactory::instance = 0;

// public:

SingletonAndFactory& SingletonAndFactory::getInstance() {
    // Singleton implemented according to:
    // "C++ and the Perils of Double-Checked Locking".
    if (!instance) {
        boost::mutex::scoped_lock lock(SingletonAndFactoryMutex);
        if (!instance) {
            SingletonAndFactory* volatile tmp = (SingletonAndFactory*) malloc(sizeof(SingletonAndFactory));
            new (tmp) SingletonAndFactory; // placement new
            instance = tmp;
        }
    }
    return *instance;
}

// private:

SingletonAndFactory::SingletonAndFactory() {}

// };

抛开问题单例的什么设计是最好的（因为它会引发一场毫无意义的火焰战争）我的问题是：用 std::unique_ptr 替换普通指针对我有好处吗？特别是，它会在程序退出时调用单例的析构函数吗？如果是这样，我将如何实现它？当我尝试添加类似friend class std::unique_ptr<SingletonAndFactory>; 的内容时，它并没有成功，因为编译器一直抱怨析构函数是私有的。

我知道这在我当前的项目中并不重要，因为没有工厂需要任何类型的清洁，但为了将来参考，我想知道如何实现这种行为。

Answer 1

在 C++11 中，您可以在程序结束时使用本地静态来保证线程安全的延迟初始化和销毁​​：

SingletonAndFactory& SingletonAndFactory::getInstance() {
    static SingletonAndFactory instance;
    return instance;
}

请注意，这仍然会导致生命周期问题，因为它可能会在其他静态对象之前被销毁。如果他们试图从他们的析构函数中访问它，那么你就有麻烦了。

在此之前，这是不可能的（尽管许多编译器都保证了上述内容）。如您链接到的文档中所述，volatile 与线程同步无关，因此您的代码存在数据竞争和未定义的行为。选项是：

• 利用锁定的（可能很大的）性能损失来检查指针
• 使用编译器提供的任何不可移植的原子内在函数来测试指针
• 忘记线程安全初始化，并确保在启动线程之前对其进行初始化
• 不要使用单例

我赞成最后一个选项，因为它解决了单例反模式引入的所有其他问题。

Answer 2

删除的不是unique_ptr 本身，而是删除器。所以如果你想使用friend 方法，你必须这样做：

friend std::unique_ptr<SingletonFactory>::deleter_type;

但是，我不认为默认删除器不会将实际的 delete 委托给另一个函数，这会破坏这一点。

相反，您可能想提供自己的删除器，可能像这样：

class SingletonFactory {
    static std::unique_ptr<SingletonFactory, void (*)(SingletonFactory*)> volatile instance;

public:
    static SingletonFactory& getInstance();

private:
    SingletonFactory();

    SingletonFactory(
        const SingletonFactory& ingletonFactory
    );

    ~SingletonFactory();

    void deleter(SingletonFactory *d) { d->~SingletonFactory(); free(d); }
};

并在创建函数中：

SingletonFactory* volatile tmp = (SingletonFactory*) malloc(sizeof(SingletonFactory));
new (tmp) SingletonFactory; // placement new
instance = decltype(instance)(tmp, &deleter);