Meyers 的单例实现实际上是如何实现单例的

我读了很多关于单例的内容，什么时候应该使用它们，什么时候不应该使用它们，以及如何安全地实现它们。我正在用 C++11 编写，并且遇到了 Meyer 的单例延迟初始化实现，如所示这个问题。 https://stackoverflow.com/questions/1661529/is-meyers-implementation-of-singleton-pattern-thread-safe

这个实现是：

static Singleton& instance()
{
     static Singleton s;
     return s;
}

我明白这对于其他问题来说是如何线程安全的，但我不明白的是这实际上是一个单例模式。我已经用其他语言实现了单例，这些结果总是像这个例子一样维基百科 http://en.wikipedia.org/wiki/Singleton_pattern:

public class SingletonDemo {
        private static volatile SingletonDemo instance = null;

        private SingletonDemo() {       }

        public static SingletonDemo getInstance() {
                if (instance == null) {
                        synchronized (SingletonDemo .class){
                                if (instance == null) {
                                        instance = new SingletonDemo ();
                                }
                      }
                }
                return instance;
        }
}

当我查看第二个示例时，很直观地看出这是一个单例，因为该类持有对其自身一个实例的引用，并且只返回该实例。但是，在第一个示例中，我不明白这如何防止该对象存在两个实例。所以我的问题是：

1. 第一个实现如何强制执行单例模式？我认为它与 static 关键字有关，但我希望有人可以向我深入解释幕后发生的事情。
2. 在这两种实现方式之间，哪一种更可取？优缺点都有什么？

谢谢你的帮助，

这是一个单例，因为static本地函数的存储持续时间意味着程序中仅存在该本地函数的一个实例。

在底层，这可以非常粗略地被认为等同于以下 C++98（甚至可能由编译器像这样模糊地实现）：

static bool __guard = false;
static char __storage[sizeof(Singleton)]; // also align it

Singleton& Instance() {
  if (!__guard ) {
    __guard = true;
    new (__storage) Singleton();
  }
  return *reinterpret_cast<Singleton*>(__storage);
}

// called automatically when the process exits
void __destruct() {
  if (__guard)
    reinterpret_cast<Singleton*>(__storage)->~Singleton();
}

线程安全位使它变得有点复杂，但本质上是一样的。

看看 C++11 的实际实现，有一个保护变量对于每个静态（如上面的布尔值），它也用于屏障和线程。查看 Clang 的 AMD64 输出：

Singleton& instance() {
   static Singleton instance;
   return instance;
}

AMD64 程序集instance来自 AMD64 上的 Ubuntu 的 Clang 3.0，位于 -O1（由http://gcc.godbolt.org/ http://gcc.godbolt.org/ is:

instance():                           # @instance()
  pushq %rbp
  movq  %rsp, %rbp
  movb  guard variable for instance()::instance(%rip), %al
  testb %al, %al
  jne   .LBB0_3
  movl  guard variable for instance()::instance, %edi
  callq __cxa_guard_acquire
  testl %eax, %eax
  je    .LBB0_3
  movl  instance()::instance, %edi
  callq Singleton::Singleton()
  movl  guard variable for instance()::instance, %edi
  callq __cxa_guard_release
.LBB0_3:
  movl  instance()::instance, %eax
  popq  %rbp
  ret

可以看到它引用了一个全局守卫来查看是否需要初始化，使用__cxa_guard_acquire，再次测试初始化​​，依此类推。几乎在所有方面都与您从维基百科发布的版本完全相同，除了使用 AMD64 程序集和中指定的符号/布局安腾ABI http://refspecs.linux-foundation.org/cxxabi-1.83.html#guards.

请注意，如果您运行该测试，您应该给出Singleton一个不平凡的构造函数，因此它不是一个 POD，否则优化器将意识到没有必要执行所有这些保护/锁定工作。