静态指针对象初始化的线程安全性

Question

C++11中，以下内容是线程安全的：

void someFunc()
{
    static MyObject object;
}

但是这和什么有关呢？

void someFunc()
{
    static MyObject *ptr = new MyObject();
}

那么这个代码是线程安全的吗？

正如@Nawaz在评论中提到的，可能MyObject构造函数不是线程安全的，因此让我们分成几个部分来回答问题：

1）如果构造函数是线程安全的（它不访问任何共享状态），那么static MyObject *ptr = new MyObject();是线程安全的吗？换句话说，static int *ptr = new int(0);是线程安全的吗？

2）如果构造函数不是线程安全的，但对象只能通过从不同的线程调用someFunc来创建，并且构造函数从未在其他任何地方使用，那么这种情况是否安全？

- Vladimir

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如果默认构造函数不是线程安全的，即如果它通过全局变量或单例模式等内部访问可变共享资源，则static MyObject object;不是线程安全的。然而，static int object = 100;是100%线程安全的。 - Nawaz

@Nawaz，考虑到您在评论中给出的引用（现已删除），这不会表明两个初始化实际上都是线程安全的吗？（有关问题的引用是“如果控制同时进入声明并且正在初始化变量，则并发执行应等待初始化完成”，来自C++11规范§6.7 / 4）。 - Some programmer dude

@JoachimPileborg：我不这么认为。标准只保证：如果多个线程尝试同时启动执行构造函数，则只有一个线程实际上会执行它，其余线程将等待初始化完成。然而，标准并不保证构造函数本身的线程安全性。如果构造函数访问可修改的全局资源，那么它本身可能是线程不安全的。 - Nawaz

@Nawaz 我想我们是在用不同的词汇表达相同的意思。 :) - Some programmer dude

@Nawaz，感谢您指出构造函数的问题。我现在已经编辑了问题。 - Vladimir

Answer 1

是的，它是线程安全的。这与第一个例子适用的同样的保证有关，即函数的并发执行将恰好一次初始化静态变量。由于静态指针必须恰好初始化一次，并且初始化的方法被定义为调用new，因此new和它调用的构造函数都将被恰好调用一次。假设new对象的构造函数不执行任何不安全操作，整个过程将是安全的。

感谢Matthieu M.指出一个例外：如果初始化引发异常，则下一个（待处理或未来的）函数调用将再次尝试初始化。虽然如此，但仍然是线程安全的，因为第二次尝试将在第一次失败后才开始。

话虽如此，看到这样的代码令人担忧，因为它似乎很可能会导致内存泄漏，这可能会被像valgrind这样的自动化工具标记出来，因此最好通过某种方式避免这种情况。即使是带有静态成员的类也可能更好，因为这样就可以使用特殊方法清理静态内容，在程序结束之前调用。

- John Zwinck

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注意：实际上，“仅一次”是不正确的。它应该是“一个接一个”，但这个表达式可能会被多次（连续地）评估，直到成功为止 => 如果在初始化过程中发生异常，则已知该对象尚未初始化，并且在下一次控制流通过定义时将再次尝试初始化。 - Matthieu M.

这些 static 是在某种全局锁下执行的吗？它们会有自己的锁还是一个单一的锁？ - Niall

John，你的回答正是我想知道的，我会接受它。但是@MatthieuM.在他的评论中是正确的，我刚刚在网上读到了这个。也许，你可以编辑你的答案，为未来的读者澄清一些事情？ - Vladimir

@Niall，是的，那里有一个锁，请阅读“使用C++11静态初始化器”部分。 - Vladimir