6.std::call_once与其使用场景

单例设计模式是一种常见的设计模式，用于确保某个类只能创建一个实例。由于单例实例是全局唯一的，因此在多线程环境中使用单例模式时，需要考虑线程安全的问题。

下面是一个简单的单例模式的实现：

class Singleton {
public:
static Singleton& getInstance() {
    static Singleton instance;
    return instance;
}    
void setData(int data) {
    m_data = data;
}    
int getData() const {
    return m_data;
}private:
Singleton() {}
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;    
int m_data = 0;
};

在这个单例类中，我们使用了一个静态成员函数 getInstance() 来获取单例实例，该函数使用了一个静态局部变量 instance 来存储单例实例。由于静态局部变量只会被初始化一次，因此该实现可以确保单例实例只会被创建一次。

但是，该实现并不是线程安全的。如果多个线程同时调用 getInstance() 函数，可能会导致多个对象被创建，从而违反了单例模式的要求。此外，如果多个线程同时调用 setData() 函数来修改单例对象的数据成员 m_data，可能会导致数据不一致或不正确的结果。

为了解决这些问题，我们可以使用 std::call_once 来实现一次性初始化，从而确保单例实例只会被创建一次。下面是一个使用 std::call_once 的单例实现：

class Singleton {
public:
static Singleton& getInstance() {
    std::call_once(m_onceFlag, &Singleton::init);
    return *m_instance;
}    
void setData(int data) {
    m_data = data;
}    
int getData() const {        
    return m_data;
}
private:
Singleton() {}
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;    
static void init() {
    m_instance.reset(new Singleton);
}    
static std::unique_ptr<Singleton> m_instance;    
static std::once_flag m_onceFlag;    
int m_data = 0;
};
std::unique_ptr<Singleton> Singleton::m_instance;
std::once_flag Singleton::m_onceFlag;

在这个实现中，我们使用了一个静态成员变量 m_instance 来存储单例实例，使用了一个静态成员变量 m_onceFlag 来标记初始化是否已经完成。在 getInstance() 函数中，我们使用 std::call_once 来调用 init() 函数，确保单例实例只会被创建一次。在 init() 函数中，我们使用了 std::unique_ptr 来创建单例实例。

使用 std::call_once 可以确保单例实例只会被创建一次，从而避免了多个对象被创建的问题。此外，使用 std::unique_ptr 可以确保单例实例被正确地释放，避免了内存泄漏的问题。

std::call_once 是 C++11 标准库中的一个函数，用于确保某个函数只会被调用一次。其函数原型如下：

template<class Callable, class... Args>

void call_once(std::once_flag& flag, Callable&& func, Args&&... args);

其中，flag 是一个 std::once_flag 类型的对象，用于标记函数是否已经被调用；func 是需要被调用的函数或可调用对象；args 是函数或可调用对象的参数。

std::call_once 的作用是，确保在多个线程中同时调用 call_once 时，只有一个线程能够成功执行 func 函数，而其他线程则会等待该函数执行完成。

使用 std::call_once 的过程中，需要注意以下几点：

\1. flag 参数必须是一个 std::once_flag 类型的对象，并且在多次调用 call_once 函数时需要使用同一个 flag 对象。

\2. func 参数是需要被调用的函数或可调用对象。该函数只会被调用一次，因此应该确保该函数是幂等的。

\3. args 参数是 func 函数或可调用对象的参数。如果 func 函数没有参数，则该参数可以省略。

\4. std::call_once 函数会抛出 std::system_error 异常，如果在调用 func 函数时发生了异常，则该异常会被传递给调用者。

使用 std::call_once 可以在多线程环境中实现一次性初始化，避免了多个线程同时初始化的问题。例如，在单例模式中，可以使用 std::call_once 来保证单例实例只会被创建一次。