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C 中函数内部的静态变量只会在第一次执行该函数时被初始化而且这种初始化在 C11 标准之后是线程安全的。这意味着即使多个线程同时第一次调用该函数静态变量也只会被初始化一次并且在初始化完成前其他线程会被阻塞等待初始化完成后再访问该变量。这种特性被称为“Magic Static”。
使用场景
“Magic Static” 常用于实现单例模式Singleton Pattern或类似需要懒初始化的场景。相比于传统的双重检查锁定使用“Magic Static”可以简化代码同时确保线程安全。比如单例模式中的使用
class Singleton {
public:static Singleton getInstance() {static Singleton instance; // Magic Staticreturn instance;}private:Singleton() default;~Singleton() default;// 禁止拷贝和赋值Singleton(const Singleton) delete;Singleton operator(const Singleton) delete;
};
工作流程
第一次调用 当 getInstance() 函数第一次被调用时static Singleton instance; 会触发 Singleton 对象的构造。这时C11 保证了构造过程是线程安全的——如果多个线程同时调用该函数只有一个线程会初始化 instance其他线程会等待初始化完成后再获取 instance。后续调用 在第一次初始化之后instance 变量已经初始化完成后续调用 getInstance() 函数时直接返回该已经初始化的对象。
线程安全的实现
在 C11 之前函数内的静态变量初始化并不是线程安全的可能导致多个线程同时初始化静态变量从而产生未定义行为。然而从 C11 开始标准保证了静态变量在首次初始化时的线程安全性这就是“Magic Static”名称的由来。
优点
简洁 相比于双重检查锁定的复杂性使用“Magic Static”可以让代码更简单且容易理解。高效 由于 C11 保证了静态变量的线程安全性不需要额外的锁机制来确保线程安全。懒初始化 静态变量只有在首次调用时才会被初始化节省了不必要的资源消耗。
适用场景
单例模式 实现单例模式时Magic Static 可以确保单例对象的唯一性和线程安全性。惰性初始化 需要在第一次使用某个资源时初始化它而不希望在程序启动时就初始化所有资源。全局对象 通过函数返回全局对象的引用而不希望它在程序启动时就被创建。
总结
“Magic Static” 是 C11 之后引入的线程安全静态变量初始化机制在需要线程安全的惰性初始化时非常有用。通过利用这一特性可以简化代码避免复杂的锁机制实现高效且安全的单例模式或其他类似场景。
