C++ std::call_once()的用法（附带实例）

在并发环境中，正确地实现延迟初始化是非常重要的，这可以避免不必要的计算和资源消耗，同时确保线程安全。

在多线程程序设计中，确保某些初始化操作只执行一次是一个常见的需求。例如，在创建单例对象或加载配置数据时，我们必须确保即使多个线程尝试同时执行这些操作，初始化也只会发生一次，以避免资源竞争和数据不一致。

为了解决这一问题，C++11 标准引入了 std::once_flag 和 std::call_once() 这两个工具，它们配合使用可以保证指定函数在多线程环境中只被执行一次，即使有多个线程同时到达执行点。

std::once_flag 是一个不透明的数据结构，用于存储函数是否已经被调用的状态。每个 std::once_flag 实例都只与一个需要被保证只执行一次的函数关联。std::once_flag 应当与需要单次执行的函数或者代码块保持相同的生命周期，通常作为静态状态存在于全局或者作为某个对象的一部分。一旦被 std::call_once() 标记为已调用，它的状态就不会再变更，确保生命周期的管理不会影响其功能。

std::call_once() 是一个模板函数，接受一个 std::once_flag 和一个可调用对象（如函数、Lambda 表达式、函数对象等）。std::call_once() 将检查关联的 std::once_flag 是否已被标记为执行过：

如果没有执行过，则 std::call_once() 会执行传入的函数，并将标记设置为已执行，保证此后的调用不会再次执行该函数；
如果已执行过，则std::call_once不会执行传入的函数。

这种机制的优点是线程安全的，而且不需要显示地使用互斥锁，因为 std::call_once() 内部已经处理了所有必要的同步操作。这样，开发者可以更加简洁地编写安全的初始化代码，而无须担心复杂的同步和竞争条件。

在下面示例中，将定义一个全局资源 resource 和一个初始化函数 init_resource()，后者假设执行一些复杂的初始化操作（在这个例子中，简单地设置 resource 的值为 77）。我们使用 std::once_flag 变量 flag 来控制 init_resource() 的执行。

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
std::once_flag flag;
int resource;
void init_resource() {
    resource = 77; // 假设这是一项复杂的初始化操作
    std::cout << "Resource initialized.\n";
}
void thread_func() {
    std::call_once(flag, init_resource);
    std::cout << "Resource: " << resource << std::endl;
}
int main() {
    std::thread t1(thread_func);
    std::thread t2(thread_func);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

这种模式特别适用于以下场景：

单例模式初始化：当设计模式需要确保一个类只有一个实例时，初始化这个实例的函数可以通过 std::call_once() 保证线程安全；
一次性配置加载：如从文件或网络加载配置数据，可以确保无论多少线程需要这些数据，加载操作都只执行一次。

C++ std::call_once()的用法（附带实例）

相关文章