C++中的内存模型和单例

Question

在一次关于并行编程的讲座中，我们被告知在C++中不应该再使用这种旧的单例线程安全模式：

class A {
 public:
  static A* instance() {
    if (!m_instance) {
      std::lock_guard<std::mutex> guard(m_instance_mutex);
      if (!m_instance)
        m_instance = new A();
    }
    return m_instance;
   }
 private:
  A()
  static A* m_instance;
  static std::mutex m_instance_mutex;
 }

这是因为在没有干净的内存模型的情况下，无法保证以下步骤没有明确的顺序: 1.为A分配内存2.初始化对象A 3.使m_instance指向该内存

例如，可能会在3之后从2重新排序: m_instance可能已经指向那里，但没有有效的对象。另一个线程现在可以看到一个非零指针，但对无效数据进行操作。

这就是为什么我们应该使用Meyer的Singleton来放置内存栅栏。

但我不确定为什么这些步骤的顺序没有保证:我认为C++和Java利用了顺序一致性内存模型，该模型不允许任何类型的StoreLoad/LoadStore/StoreStore/LoadLoad重新排序。即使是允许StoreLoad重新排序的总商店顺序，为什么2和3可以互换？

Answer 1

更新：我认为这适用于：

来自：https://en.cppreference.com/w/cpp/language/eval_order

...8)内置赋值运算符和所有内置复合赋值运算符的副作用(左参数的修改)在左参数和右参数的值计算(但不是副作用)之后排序，并在赋值表达式的值计算之前排序(即，在返回对修改的对象的引用之前)...“

如果“副作用”包括调用构造函数，则编译器可以在调用构造函数之前将原始内存的地址存储在m_instance中。然后第二个线程会认为m_instance已经完全构造好了。

下面是自C++11以来的线程安全特性：

class A
{
  private:
    A() {};

  public:
    A& get_instance()
    {
      static A instance;
      return instance;
    }
};

在块作用域中使用说明符

声明的静态变量具有静态存储持续时间，但在控件第一次通过其声明时被初始化...

如果多个线程试图同时初始化同一个静态局部变量，则初始化只发生一次...

来自：https://en.cppreference.com/w/cpp/language/storage_duration#Static_local_variables

Answer 2

只是猜测，可以使用像atomic_store这样的原子操作来确保步骤2和3的顺序吗？step1可能不需要让m_instance初始化为NULL。