Комитет по стандартизации С++ счел этот случай достаточно важным, поэтому в стандартную библиотеку включен класс std::once_flag и шаблон функции std::call_once. Вместо того чтобы захватывать мьютекс и явно проверять указатель, каждый поток может просто вызвать функцию std::call_once, твердо зная, что к моменту возврата из нее указатель уже инициализирован каким-то потоком (без нарушения синхронизации). Обычно издержки, сопряженные с использованием std::call_once, ниже, чем при явном применении мьютекса, поэтому такое решение следует предпочесть во всех случаях, когда оно не противоречит требованиям задачи. В примере ниже код из листинга 3.11 переписан с использованием std::call_once. В данном случае инициализация производится путем вызова функции, но ничто не мешает завести для той же цели класс, в котором определен оператор вызова. Как и большинство функций в стандартной библиотеке, принимающих в качестве аргументов функции или предикаты, std::call_once работает как с функциями, так и с объектами, допускающими вызов.
std::shared_ptr<some_resource> resource_ptr;
std::once_flag resource_flag;←
(1)
void init_resource() {
resource_ptr.reset(new some_resource);
}
│
Инициализация производится
void foo() { ←┘
ровно один раз
std::call_once(resource_flag, init_resource);
resource_ptr->do_something();
}
Здесь переменная типа std::once_flag (1) и инициализируемый объект определены в области видимости пространства имен, но std::call_once() вполне можно использовать и для отложенной инициализации членов класса, как показано в следующем листинге.
Листинг 3.12. Потокобезопасная отложенная инициализация члена класса с помощью функции std::call_once()
class X {
private:
connection_infо connection_details;
connection_handle connection;
std::once_flag connection_init_flag;
void open_connection() {
connection = connection_manager.open(connection_details);
}
public:
X(connection_info const& connection_details_):
connection_details(connection_details_) {}
void send_data(data_packet const& data)←
(1)
{
std::call_once(
connection_init_flag, &X::open_connection, this);←┐
connection.send_data(data); │
} │
data_packet receive_data() { ←
(3)
std::call_once( │
connection_init_flag, &X::open_connection, 2)
(2)
this); ←┘
return connection.receive_data();
}
};
В этом примере инициализация производится либо при первом обращении к send_data() (1), либо при первом обращении к receive_data() (3). Поскольку данные инициализируются функцией-членом open_connection(), то требуется передавать также указатель this. Как и во всех функциях из стандартной библиотеки, которые принимают объекты, допускающие вызов, (например, конструктор std::thread и функция std::bind()), это делается путем передачи std::call_once() дополнительного аргумента (2).
Следует отметить, что, как и в случае std:mutex, объекты типа std::once_flag нельзя ни копировать, ни перемещать, поэтому, если вы собираетесь использовать их как члены классы, то соответствующие конструкторы придется определить явно (если это необходимо).
Возможность гонки при инициализации возникает, в частности, при объявлении локальной переменной с классом памяти static. По определению, инициализация такой переменной происходит, когда поток управления программы первый раз проходит через ее объявление. Но если функция вызывается в нескольких потоках, то появляется потенциальная возможность гонки за то, кто определит переменную первым. Во многих компиляторах, выпущенных до утверждения стандарта С++11, эта гонка действительно приводит к проблемам, потому что любой из нескольких потоков, полагая, что успел первым, может попытаться инициализировать переменную. Может также случиться, что некоторый поток попытается использовать переменную после того, как инициализация началась в другом потоке, но до того, как она закончилась. В С++11 эта проблема решена: по определению, инициализация производится ровно в одном потоке, и никакому другому потоку не разрешено продолжать выполнение, пока инициализация не завершится, поэтому потоки конкурируют лишь за право выполнить инициализацию первым, ничего более серьёзного случиться не может. Это свойство можно использовать как альтернативу функции std::call_once, когда речь идет об инициализации единственной глобальной переменной: