C++ .so动态库静态对象未共享问题：为何单例实例被重复创建？

项目依赖与现象 #

• Package1.so：提供单例类A，其get_instance()方法通过静态智能指针实现懒加载，并用静态互斥锁保证线程安全。
• Package2：依赖Package1.so，调用A::get_instance()获取实例。
• Package3：依赖Package1.so和Package2，同样直接调用A::get_instance()。

预期：单例对象仅创建一次，在Package2和Package3间共享。
实际：对象被创建了两次，两个模块拿到的是不同实例。

代码示例 #

// Package1 - h1.hpp
#pragma once
#include <memory>
#include <mutex>

class A {
public:
  static std::shared_ptr<A> get_instance();
  
 private:
  static std::mutex m_mtx;
  static std::shared_ptr<A> m_instance;
};

// Package1 - h1.cpp
#include "h1.hpp"

// 错误：此处用static修饰类静态成员
static std::mutex A::m_mtx;
static std::shared_ptr<A> A::m_instance;

std::shared_ptr<A> A::get_instance() {
  const std::lock_guard<std::mutex> lck{m_mtx}; // 修正原代码括号笔误
  if (nullptr == m_instance) {
     m_instance = std::make_shared<A>();
  }
  return m_instance;
}

// Package2 代码
#include <path/h1.hpp>

void f() {
   auto instance = A::get_instance(); // 首次调用创建实例
}

// Package3 代码
#include <path/h1.hpp>
void g() {
   auto instance = A::get_instance(); // 首次调用再次创建实例
}

原因分析与解决方案 #

核心问题：错误使用static修饰类静态成员 #

类的静态成员本身属于外部链接，可在多个编译单元间共享，但你在Package1的h1.cpp中用static修饰了A::m_mtx和A::m_instance的定义，强行将它们的链接属性改为内部链接。

内部链接意味着：每个依赖Package1的模块（Package2、Package3）都会在自身地址空间中创建一份这些静态变量的独立副本。Package2调用get_instance()时初始化的是自己副本里的m_instance，Package3调用时初始化的是另一个副本，最终导致两个独立的单例对象。

解决方案 #

去掉h1.cpp中类静态成员定义前的static关键字即可：

// Package1 - h1.cpp 修正后
#include "h1.hpp"

std::mutex A::m_mtx;
std::shared_ptr<A> A::m_instance;

std::shared_ptr<A> A::get_instance() {
  const std::lock_guard<std::mutex> lck{m_mtx};
  if (nullptr == m_instance) {
     m_instance = std::make_shared<A>();
  }
  return m_instance;
}

关于共享库静态内存的说明 #

正常情况下，共享库（.so）中的外部链接静态/全局变量在进程地址空间中只会存在一份，所有依赖该库的模块都会共享这一份内存。但如果变量被标记为内部链接（用static修饰或匿名命名空间包裹），则每个依赖模块都会拥有独立的副本，无法实现跨模块共享。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Martin Ayvazyan