C++: std::once_flag 和 std::call_once

std::once_flag 和 std::call_once

std::once_flag 和 std::call_once 是 C++11 引入的同步原语，用于确保某个函数在多线程环境中只被执行一次。它们位于 头文件中，主要用于实现线程安全的初始化操作。

std::once_flag

概述

类型：std::once_flag 是一个结构体，用于记录某个函数是否已经被调用过。
用途：与 std::call_once 配合使用，确保某个函数在多线程环境中只被执行一次。

std::once_flag my_flag;

std::call_once

函数：std::call_once 是一个函数模板，用于确保某个函数在多线程环境中只被执行一次。

参数：
std::once_flag& flag：一个 std::once_flag 对象，用于记录函数是否已经被调用过。

Function&& f：要执行的函数或可调用对象。

Args&&… args：传递给函数的参数。

std::once_flag my_flag;void initialize() {// 初始化代码
}void some_function() {std::call_once(my_flag, initialize);
}

示例代码

以下是一个完整的示例，展示了如何使用 std::once_flag 和 std::call_once 来确保某个函数在多线程环境中只被执行一次：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>std::once_flag my_flag;void initialize() {std::cout << "Initialization code executed" << std::endl;
}void thread_function() {std::call_once(my_flag, initialize);
}int main() {std::thread t1(thread_function);std::thread t2(thread_function);std::thread t3(thread_function);t1.join();t2.join();t3.join();return 0;
}

底层实现

std::once_flag 和 std::call_once 的底层实现依赖于操作系统提供的同步机制，通常使用互斥锁（mutex）和条件变量（condition variable）来确保线程安全。std::once_flagstd::once_flag 内部维护一个状态，用于记录函数是否已经被调用过。
这个状态通常是一个原子变量（atomic variable），确保在多线程环境下的操作是原子的。std::call_oncestd::call_once 内部使用一个互斥锁来保护对 std::once_flag 状态的访问。
如果函数尚未被调用，std::call_once 会锁定互斥锁，执行函数，然后更新 std::once_flag 的状态。
如果函数已经被调用，std::call_once 会立即返回，不会再次执行函数。