一个引用单例是放在栈上还是堆上？

Question

一个引用单例是放在栈上还是堆上？

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我已经阅读了很多关于单例的文章，但没有一个能够解决我的问题。我知道只有在需要时才应该使用单例，在我的游戏中，我正在为引擎的特定部分使用它们。

那么，我最初将我的单例设置为指针，如下所示：

static MapReader* Instance()
{
    if (instance == 0)
    {
        instance = new MapReader();
        return instance;
    }
    return instance;
}

然而，我一直认为使用过多指针容易出现泄漏问题，如果我能不用它们的话（或者必须使用智能指针），我更倾向于不使用。因此，我将所有单例都改成了如下的引用形式：

static MapReader& Instance()
{
    static MapReader instance;
    return instance;
}

然而，现在我发现我的游戏在奇怪的时间会出现卡顿，然后加速，就像 FPS 有点不稳定。

我的问题是：引用单例是否全部堆积在堆栈上？还是它们仍然分配在堆上？我应该把它们改回指针并使用智能指针吗？

- Oria

2个回答

1

静态变量不属于函数内部，它们位于数据段。同样，静态变量在函数外和全局范围内也是如此。

- Seva Alekseyev

我挑战你找到ISO标准中“数据段”的任何一个提及。 :-) - paxdiablo

那与此有何关联？ - Seva Alekseyev

这很重要，因为C++没有数据段的概念。一个_实现_可能以某种方式执行，但这并不是强制性的。从技术上讲，静态存储周期变量__可以__在堆上，因为符合规范的实现可能会在调用main()之前对它们进行全部new操作。 - paxdiablo

1

取决于原帖想要了解的是标准还是现实情况。 :) - Seva Alekseyev

@paxdiablo 是的，我认为我的实现有一个堆栈，不是所有没有使用new创建在堆上的对象都会进入堆栈吗？至于平台，目前正在开发适用于Windows和Linux，并使用SDL2。 - Oria

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原文链接

- paxdiablo · Accepted Answer

几乎可以肯定地说，由于没有使用“new”创建，因此它几乎不可能在堆上。

然而，标准对静态变量的存储位置没有明确规定，只提到了它们的行为。例如，参见C++11 3.7.1：

1. 所有没有动态存储期、线程存储期且不是局部变量的变量都具有静态存储期。这些实体的存储空间应持续到程序的生命周期（3.6.2,3.6.3）。 2. 如果具有静态存储期的变量具有初始化或具有副作用的析构函数，则即使它看起来未被使用，也不会被消除，但类对象或其副本/移动可以根据12.8中指定的方式被消除。 3. 关键字static可用于声明具有静态存储期的局部变量。 4. 在类定义中将关键字static应用于类数据成员会给出数据成员的静态存储期。

这基本上是标准对它们的要求。

大多数实现可能会有一个与堆和栈都不同的区域，用于存储具有静态存储期的变量。

几乎可以肯定的是，静态变量和引用并不会拖慢您的代码速度。深入研究编译器及其工作原理后，静态变量往往至少与其他变量一样快，因为它们在内存中定位非常快。

另外，您的单例指针变体存在两个问题。第一个是潜在的竞争条件，如果您在多线程环境中工作，则可能会创建多个对象，如果不同的线程调用Instance()。具体来说，如果线程A进入if语句，然后线程B开始运行，B可以通过创建对象并返回来继续执行。如果A然后继续，它将创建一个新对象。如果您是单线程的，或者只从一个线程创建实例，或者在其他线程运行之前创建实例，则应该没问题。第二个问题只是一些花哨的东西。没有必要在if块内返回对象，因为当您到达函数底部时，它将被返回。

static MapReader* Instance() {
    if (instance == 0)
        instance = new MapReader();
    return instance;
}