C++实现基于双重检查锁的懒汉单例 _ std::atomic内存顺序实战【源码】-C++-PHP中文网

必须用 std::atomic 而不能用普通指针，因为普通指针读写不保证原子性且无法阻止重排序，可能导致其他线程访问到未构造完成的“半构造对象”，引发崩溃或未定义行为。

c++实现基于双重检查锁的懒汉单例 _ std::atomic内存顺序实战【源码】

双重检查锁里为什么必须用 `std::atomic` 而不能用普通指针

因为普通指针的读写不保证原子性，更无法阻止编译器或 CPU 的重排序。在多线程首次调用 getInstance() 时，可能看到未构造完成的对象（例如：指针已非空，但构造函数还没执行完），导致崩溃或未定义行为。

典型现象是程序偶发 crash 在单例对象的某个成员函数调用上，堆栈显示对象地址非空但内部字段为垃圾值——这就是“半构造对象”被其他线程访问了。

std::atomic 提供原子读写，且能通过内存序控制指令重排边界
必须搭配 memory_order_acquire（读）和 memory_order_release（写），否则仍可能出问题
不能只靠 volatile 或 std::mutex 外层保护来“掩盖”这个问题：外层锁解决不了初始化过程中的内存可见性

`std::call_once` 和双重检查锁，该选哪个

std::call_once 更安全、更简洁，是 C++11 推荐的标准方案；双重检查锁是手动实现，容易写错内存序或漏掉 atomic_thread_fence。

但如果你需要延迟初始化 + 高频读取（比如每微秒调用一次 getInstance()），双重检查锁在无竞争时是纯原子读（load(memory_order_acquire)），比 std::call_once 的内部互斥开销更低。

用 std::call_once：代码少、不易错、适合绝大多数场景
用双重检查锁：仅当性能压测确认 std::call_once 成为瓶颈，且你清楚 memory_order_relaxed / acquire / release 的边界语义
别混用：不要在双重检查锁里再套一层 std::call_once，那既没收益又增复杂度

双重检查锁的完整可运行写法（C++11 及以上）

关键点不在“加锁”，而在两次检查之间对指针的原子操作与内存序配合。下面是最小可靠实现：

C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本，适合旧系统维护和较老工具链兼容。

下载

class Singleton {
public:
    static Singleton* getInstance() {
        Singleton* instance = instance_.load(std::memory_order_acquire);
        if (instance == nullptr) {
            std::lock_guard<:mutex> lock(mutex_);
            instance = instance_.load(std::memory_order_relaxed);
            if (instance == nullptr) {
                instance = new Singleton();
                instance_.store(instance, std::memory_order_release);
            }
        }
        return instance;
    }
<p>private:
Singleton() = default;
~Singleton() = default;
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;</p>
<pre class="brush:php;toolbar:false;">static std::atomic<singleton> instance_;
static std::mutex mutex_;</singleton>

};

std::atomic Singleton::instance{nullptr}; std::mutex Singleton::mutex;

注意：load(std::memory_order_relaxed) 在加锁后第二次读是安全的，因为锁本身提供了同步；而首次读必须用 acquire，确保后续读能看到 release 写入的完整对象状态。