在系统中创建和使用只有一个实例化的结构的最佳方法是什么?是的,这是必要的,它是OpenGL子系统,复制多个副本并到处传递只会增加混乱,而不是缓解混乱。

单例需要尽可能的高效。在静态区域中存储任意对象似乎是不可能的,因为它包含一个带析构函数的Vec。第二个选项是在静态区域存储一个(不安全的)指针,指向一个堆分配的单例。在保持语法简洁的同时,最方便、最安全的方法是什么?


当前回答

从Rust 1.63开始,可以更容易地使用全局可变单例对象,尽管在大多数情况下避免使用全局变量仍然是可取的。

现在Mutex::new是const,你可以使用全局静态互斥锁,而不需要延迟初始化:

use std::sync::Mutex;

static GLOBAL_DATA: Mutex<Vec<i32>> = Mutex::new(Vec::new());

fn main() {
    GLOBAL_DATA.lock().unwrap().push(42);
    println!("{:?}", GLOBAL_DATA.lock().unwrap());
}

注意,这也取决于Vec::new是const的事实。如果你需要使用非const函数来设置你的单例,你可以将你的数据包装在一个Option中,并最初将它设置为None。这让你可以使用像Hashset这样的数据结构,而目前不能在const上下文中使用:

use std::sync::Mutex;
use std::collections::HashSet;

static GLOBAL_DATA: Mutex<Option<HashSet<i32>>> = Mutex::new(None);

fn main() {
    *GLOBAL_DATA.lock().unwrap() = Some(HashSet::from([42]));
    println!("V2: {:?}", GLOBAL_DATA.lock().unwrap());
}

或者,你也可以使用RwLock,而不是互斥锁,因为RwLock::new在Rust 1.63中也是const。这样就可以同时从多个线程读取数据。

如果你需要使用非const函数初始化,并且你不喜欢使用Option,你可以使用像once_cell或lazy-static这样的板条箱进行惰性初始化,这在Shepmaster的回答中解释过。

其他回答

我有限的解决方案是定义一个结构体,而不是一个全局可变的。要使用该结构体,外部代码需要调用init(),但是通过使用AtomicBoolean(用于多线程使用),我们不允许多次调用init()。

static INITIATED: AtomicBool = AtomicBool::new(false);

struct Singleton {
  ...
}

impl Singleton {
  pub fn init() -> Self {
    if INITIATED.load(Ordering::Relaxed) {
      panic!("Cannot initiate more than once")
    } else {
      INITIATED.store(true, Ordering::Relaxed);

      Singleton {
        ...
      }
    }
  }
}

fn main() {
  let singleton = Singleton::init();
  
  // panic here
  // let another_one = Singleton::init();
  ...
}

有点晚了,但以下是我如何解决这个问题(rust 1.66-nightly):

#![feature(const_size_of_val)]
#![feature(const_ptr_write)]

static mut GLOBAL_LAZY_MUT: StructThatIsNotSyncNorSend = unsafe {
    // Copied from MaybeUninit::zeroed() with minor modifications, see below
    let mut u = MaybeUninit::uninit();

    let bytes = mem::size_of_val(&u);
    write_bytes(u.as_ptr() as *const u8 as *mut u8, 0xA5, bytes); //Trick the compiler check that verifies pointers and references are not null.

    u.assume_init()
};

(...)

fn main() {
    unsafe {
        let mut v = StructThatIsNotSyncNorSend::new();
        mem::swap(&mut GLOBAL_LAZY_MUT, &mut v);
        mem::forget(v);
    }
  
}

注意,这段代码非常不安全,如果处理不当,很容易变成UB。

你现在有了一个全局静态的!Send !Sync值,没有互斥锁的保护。如果从多个线程访问它,即使只是为了读取,它也是UB。如果你不按显示的方式初始化它,它就是UB,因为它在一个实际的值上调用Drop。

你只是让rust编译器相信某个UB不是UB。你刚刚确信在全局静态中放入!Sync和!Send是可以的。

如果不确定,请不要使用此代码片段。

如果你是在夜间,你可以使用LazyLock。

它或多或少做了箱子once_cell和lazy_sync做的事情。这两个板条箱是非常常见的,所以有一个很好的机会,他们可能已经在你的货物。锁定依赖树。但如果你更喜欢“冒险”一点,选择LazyLock,在它变得稳定之前,它(就像所有的东西一样)可能会发生变化。

(注意:直到最近std::sync::LazyLock被命名为std::lazy::SyncLazy,但最近被重新命名。)

从Rust 1.63开始,可以更容易地使用全局可变单例对象,尽管在大多数情况下避免使用全局变量仍然是可取的。

现在Mutex::new是const,你可以使用全局静态互斥锁,而不需要延迟初始化:

use std::sync::Mutex;

static GLOBAL_DATA: Mutex<Vec<i32>> = Mutex::new(Vec::new());

fn main() {
    GLOBAL_DATA.lock().unwrap().push(42);
    println!("{:?}", GLOBAL_DATA.lock().unwrap());
}

注意,这也取决于Vec::new是const的事实。如果你需要使用非const函数来设置你的单例,你可以将你的数据包装在一个Option中,并最初将它设置为None。这让你可以使用像Hashset这样的数据结构,而目前不能在const上下文中使用:

use std::sync::Mutex;
use std::collections::HashSet;

static GLOBAL_DATA: Mutex<Option<HashSet<i32>>> = Mutex::new(None);

fn main() {
    *GLOBAL_DATA.lock().unwrap() = Some(HashSet::from([42]));
    println!("V2: {:?}", GLOBAL_DATA.lock().unwrap());
}

或者,你也可以使用RwLock,而不是互斥锁,因为RwLock::new在Rust 1.63中也是const。这样就可以同时从多个线程读取数据。

如果你需要使用非const函数初始化,并且你不喜欢使用Option,你可以使用像once_cell或lazy-static这样的板条箱进行惰性初始化,这在Shepmaster的回答中解释过。

《Rust》中不该做的事

重述一下:在对象发生变化时使用内部可变性 它的内部状态,考虑使用一个模式来提升new 当前状态为旧状态,当前消费者为旧状态 通过在RwLock中放入Arc来继续持有它。

use std::sync::{Arc, RwLock};

#[derive(Default)]
struct Config {
    pub debug_mode: bool,
}

impl Config {
    pub fn current() -> Arc<Config> {
        CURRENT_CONFIG.with(|c| c.read().unwrap().clone())
    }
    pub fn make_current(self) {
        CURRENT_CONFIG.with(|c| *c.write().unwrap() = Arc::new(self))
    }
}

thread_local! {
    static CURRENT_CONFIG: RwLock<Arc<Config>> = RwLock::new(Default::default());
}

fn main() {
    Config { debug_mode: true }.make_current();
    if Config::current().debug_mode {
        // do something
    }
}