C++多线程环境下的构造函数
多线程的环境里,我们总不可避免要使用锁。于是一个常见的场景就是:
1 class ObjectWithLock 2 { 3 private: 4 std::mutex mtx_; 5 SomeResType shared_res_; 6 7 public: 8 // Constructor/Destructor 9 … 10 11 void OpOnSharedRes() 12 { 13 std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_); 14 15 // read/write shared resource: shared_res_ 16 … 17 } 18 };
问题
多线程环境下该如何实现拷贝构造函数和移动构造函数呢?
要实现默认构造函数,没有挑战。使用成员初始化列表就可以:
ObjectWithLock() : mtx_(), shared_res_() {} // 如果SomeResType有默认构造函数的话。
那么我们的拷贝构造怎么写呢?
方案一
非常有可能见到的一种解决方案是:
1 ObjectWithLock(ObjectWithLock const & rhs) 2 { 3 std::lock_guard<std::mutex> lock(rhs.mtx_); 4 5 shared_res_ = rhs.shared_res_; 6 }
优点
很明显,这个方案解决了我们的问题。
缺点
方案一的缺点也是显而易见的。就是shared_res_ = rhs.shared_res_。为什么这么说呢?
我们先来复习下成员变量初始化顺序。
C++成员变量的初始化顺序
成员变量的初始化顺序在C++里弄不好,就是各种坑。
首先我们比较容易知道的是,C++成员变量的初始化发生在构造函数之前。
那么成员变量之间初始化的顺序是如何的呢?
没有专门去注意过这个问题的童鞋,很可能会认为,成员变量的初始化顺序是有成员变量初始化列表的顺序决定的。而事实上成员变量的初始化顺序是有其声明顺序决定的。
方案一的问题
所以方案一的问题就是,shared_res_ = rhs.shared_res_,做的是赋值而不是初始化。如果我们要过分看待这个问题的话,那么结论就是这会带来性能损耗(看具体情况,对性能存在很大的影响也是有可能的)。
当然很多时候我们没有必要吹毛求疵。事实上方案一最大的问题是他有很多局限性。这些局限性要求SomeResType必须:
- 有无参默认构造
- 支持赋值操作
- 没有const成员变量,没有引用类型的成员变量等
如果SomeResType不支持这些前提条件,那么为了解决当前的问题,要么让SomeResType支持,要么重新设计ObjectWithLock。如果ObjectWithLock是一个正确的设计想法,那么就只能为难SomeResType了。蛋疼。
难道这个问题就无解了不成?当然不是这样的,不过如果按照C++98/03的标准来做,真的不容易。我们还是来看看C++11能给我们带来什么惊喜吧。
方案二
C++11引入了一个和构造函数相关的语法,delegate constructor,代理构造函数。一个在C#里早就存在的语法,终于C++里也有了。
所谓的delegate constructor,就是构造函数的初始化可以代理(delegates to)给该类另外一个构造函数去完成。一个简单的例子(来自C++11标准文档12.6.2,段落6)就是:
1 struct C 2 { 3 C(int c) {} // #1: non-delegating constructor 4 C() : C(42) {} // #2: delegate to #1 5 };
有了代理构造函数,我们的问题就容易解决了。我们要解决的问题的关键就是,在初始化成员变量前,先将rhs对象lock住。
那么原先的拷贝构造函数要做到和下面伪代码类似的事情:
ObjectWithLock::ObjectWithLock(ObjectWithLock const & rhs) : shared_res_(rhs.shared_res_), lock(rhs) {}
借助代理构造函数,我们先实现一个自定义的构造函数,能够做拷贝,并且接受一把锁:
1 ObjectWithLock::ObjectWithLock(ObjectWithLock const & rhs, 2 std::lock_guard<std::mutex> const &) 3 : shared_res_(rhs.shared_res_) 4 {}
然后很自然我就有了:
ObjectWithLock::ObjectWithLock(ObjectWithLock const & rhs) ObjctWithLock(rhs, std::lock_guard<std::mutex>(rhs.mtx_)) {}
问题完美解决了!
C++98/03的解决方案
C++98/03到底能不能解决这个问题呢?能!当然能!就是看你能不能想到了。
这里我就直接给结果,留给大家自己去想吧。
ObjectWithLock::ObjectWithLock(ObjectWithLock const & rhs) : shared_res_((std::lock_guard<std::mutex>(rhs.mtx_), rhs.shared_res_)) {}
另外,这里ObjectWithLock只有一个资源shared_res_,如果有多个资源,解决方案类似,但是需要将多个资源先封装到一个结构中,然后将该结构应用到ObjectWithLock类中。
结束语
这里就只罗列的拷贝构造函数,移动构造函数同理,留给大家自己想吧。完!
posted on 2014-08-17 12:45 wpcockroach 阅读(2218) 评论(1) 编辑 收藏 举报