C++单例模式任务队列编写时遇到的问题

Question

第四十三行std::mutex mtx一旦定义为静态成员就会出现无法解析的外部符号错误，我明白没有把这个互斥锁定义为静态成员的必要，可是也不明白为什么这样做会导致错误

#if 1

#include<iostream>
#include<thread>
#include<mutex>
#include<queue>

#define TASKS_NUM 10

class TaskQueue
{
public:
    TaskQueue(const TaskQueue& taskQueue) = delete;
    TaskQueue& operator=(const TaskQueue& taskQueue) = delete;

    static TaskQueue* getInstance() {
        return taskQueue;
    }
    bool isEmpty() {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        return tasks.empty();
    }
    bool delTask() {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        if (tasks.empty())return false;
        tasks.pop();
        return true;
    }
    int getTask() {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        if (tasks.empty())return 0;
        int t = tasks.front();
        tasks.pop();
        return t;
    }
    void pushTask(int i) {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        tasks.push(i);
    }
private:
    TaskQueue() = default;

    std::mutex mtx;
    std::queue<int> tasks;
    static TaskQueue* taskQueue;
};
TaskQueue*  TaskQueue::taskQueue = new TaskQueue;

int main() {
    TaskQueue* instance = TaskQueue::getInstance();

    std::thread tBoss([=]() {
        for (int i = 1; i < TASKS_NUM; i++) {
            instance->pushTask(i);
            std::cout << std::this_thread::get_id() << ":老板布置任务" << i << std::endl;
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
            }
        });

    std::thread tEmployee([=]() {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
        while(!instance->isEmpty()) {
            int t = instance->getTask();
            std::cout << std::this_thread::get_id() << ":员工完成任务" << t << std::endl;
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(800));
        }
        });

    tBoss.join();
    tEmployee.join();
}

#endif

Answer 1

下午好🌅🌅🌅
本答案参考ChatGPT-3.5

问题：第四十三行std::mutex mtx一旦定义为静态成员就会出现无法解析的外部符号错误，为什么会导致错误？

解决方案：

1. 定义为静态成员后，会导致std::mutex对象的全局唯一性，所有TaskQueue的实例都会共享同一个std::mutex对象。
2. 如果std::mutex对象是静态的，则无法在类外部进行初始化。
3. 在类外部初始化静态成员时，必须提供静态成员的完整定义。
4. 在类声明中，声明静态成员变量的时候，只是在类中定义了静态成员的类型，并没有为静态成员变量分配空间。需要在类外部定义静态成员。
5. 解决方法是在类外部定义静态成员的语法为 "类型 类名::变量名"。

以下是修改后的代码：

#include<iostream>
#include<thread>
#include<mutex>
#include<queue>

#define TASKS_NUM 10

class TaskQueue
{
public:
    TaskQueue(const TaskQueue& taskQueue) = delete;
    TaskQueue& operator=(const TaskQueue& taskQueue) = delete;

    static TaskQueue* getInstance() {
        return taskQueue;
    }

    bool isEmpty() {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        return tasks.empty();
    }

    bool delTask() {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        if (tasks.empty()) return false;
        tasks.pop();
        return true;
    }

    int getTask() {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        if (tasks.empty()) return 0;
        int t = tasks.front();
        tasks.pop();
        return t;
    }

    void pushTask(int i) {
        std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
        tasks.push(i);
    }

private:
    TaskQueue() = default;

    static std::mutex mtx;
    std::queue<int> tasks;
    static TaskQueue* taskQueue;
};

std::mutex TaskQueue::mtx;
TaskQueue*  TaskQueue::taskQueue = new TaskQueue;

int main() {
    TaskQueue* instance = TaskQueue::getInstance();

    std::thread tBoss([=]() { 
        for (int i = 1; i < TASKS_NUM; i++) { 
            instance->pushTask(i); 
            std::cout << std::this_thread::get_id() << ":老板布置任务" << i << std::endl; 
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); 
        } 
    });

    std::thread tEmployee([=]() { 
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200)); 
        while(!instance->isEmpty()) { 
            int t = instance->getTask(); 
            std::cout << std::this_thread::get_id() << ":员工完成任务" << t << std::endl; 
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(800)); 
        } 
    });

    tBoss.join();
    tEmployee.join();
}

请注意，我在TaskQueue类外部定义了静态成员std::mutex mtx和TaskQueue* TaskQueue::taskQueue。这样就可以解决无法解析的外部符号错误。