如何在 C++03 中实现线程安全的局部静态变量？

Question

在 C++11 之前，局部静态变量不是线程安全的。由于某些不可重入函数的结果，我需要在性能关键函数中初始化一个静态变量。

我希望看到一个静态变量初始化，它使用互斥锁或其他同步原语，但对常规静态变量进行一些机会性检查，以减少在变量早已初始化的典型情况下使用互斥锁。似乎 GCC 为 C++11 实现了类似的东西，如 Static initialization and thread safety 中所述，但那里列出的代码并不完整，只是汇编。

注意：有很多问题询问静态变量初始化是否在 Stack Overflow 上是原子的，但他们似乎对“否”的答案感到满意，而且他们似乎没有给出实际的解决方案（如 C++ Static Initializer - Is it thread safe） .

Answer 1

我在follow-up 对问题中引用的博客文章进行了讨论。如果由于某种原因您不能使用 boost::call_once 您的块范围静态是指针、POD 或具有线程安全的构造函数，您可以编写 GCC 发出的相同初始化保护代码：

// Define a static local variable once, safely, for MSVC
//
// This macro is necessary because MSVC pre-2013 doesn't
// properly implement C++11 static local initialization.
// It is equivalent to writing something like
//
//     static type var = stmt;
//
// in a compliant compiler (e.g. GCC since who knows when)

// States for lock checking
enum { uninitialized = 0, initializing, initialized };

// Preprocessor hackery for anonymous variables
#define PASTE_IMPL(x, y) x ## y
#define PASTE(x, y) PASTE_IMPL(x, y)
#define ANON_VAR(var) PASTE(var, __LINE__)

#define STATIC_DEFINE_ONCE(type, var, stmt)                     \
    static type var;                                            \
    static int ANON_VAR(state);                                 \
    bool ANON_VAR(cont) = true;                                 \
    while (ANON_VAR(cont)) {                                    \
        switch (InterlockedCompareExchange(&ANON_VAR(state),    \
                initializing, uninitialized)) {                 \
        case uninitialized:                                     \
            var = stmt;                                         \
            InterlockedExchange(&ANON_VAR(state), initialized); \
            ANON_VAR(cont) = false;                             \
            break;                                              \
        case initializing:                                      \
            continue;                                           \
        case initialized:                                       \
            ANON_VAR(cont) = false;                             \
            break;                                              \
        }                                                       \
    } do { } while (0)

你可以这样使用

void concurrently_accessed() {
    STATIC_DEFINE_ONCE(int, local_var, thread_unsafe_initializer());
    // ...
}

这种方法利用了 C 语言标准所要求的静态块范围变量的零初始化。在MSVC 2014 提供实际编译器和运行时支持之前，上述宏将让您安全地使用“魔法”静态。

Answer 2

您可以将静态数据放在一个函数中并利用 boost::once:

int& get_static() {
    static boost::once_flag once_flag = BOOST_ONCE_INIT;
    static int* data;

    struct Initialize
    {
        static void apply() {
            data = new int(1);
        }
    };
    boost::call_once(once_flag, &Initialize::apply);
    return *data;
}

数据将在第一次函数调用时静态初始化，之后调用一次。

在http://www.boost.org/doc/libs/1_32_0/doc/html/call_once.html:

call_once 函数和 once_flag 类型 （静态初始化为 BOOST_ONCE_INIT）可用于运行 例行程序恰好一次。这可用于初始化数据 线程安全的方式。