【问题标题】:Assignment operator in struct after adding mutex in C++在 C++ 中添加互斥锁后,结构中的赋值运算符
【发布时间】:2015-04-13 10:50:18
【问题描述】:

我有一个结构类型:

struct MyStruct {
    int field1;
    int field2;
}

然后有必要为其添加一个互斥锁以使其在线程之间共享:

struct MyStruct {
    std::mutex _mutex;

    int field1;
    int field2;
}

但是编译器(clang)在我将一个现有结构分配给 MyStruct 类型的变量的行上给我这些消息,例如MyStruct mystruct = p_MyStructMap->at(clientId);

(1) 错误:'MyStruct' 类型的对象不能被赋值,因为它的复制赋值运算符被隐式删除了

(2) 注意:'MyStruct' 的复制赋值运算符被隐式删除,因为字段'_mutex' 有一个已删除的复制赋值运算符

std::mutex _mutex
           ^     

(3) /usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.8/../../../../include/c++/4.8/mutex:129:12:注意:函数已在此处明确标记为已删除

mutex& operator=(const mutex&) = delete;
       ^

请帮忙:我怎样才能重写结构或者可能是程序逻辑来为这个结构使用互斥锁?

【问题讨论】:

  • 您可以定义自己的赋值运算符,这不会影响互斥锁(可能除了锁定)。
  • 你很可能想要MyStruct& mystruct = p_MyStructMap->at(clientId);

标签: c++ c++11 struct mutex assignment-operator


【解决方案1】:

假设添加了_mutex 以保护其他字段不被同时访问,您将需要在分配期间锁定互斥锁,除非您可以保证多个线程不会访问分配的任何一侧表达式:

x = y;

如果任何其他线程同时读取或写入x,则您将进行一场没有锁定的比赛。

如果任何其他线程同时向y 写入数据,则您将进行一场没有锁定的比赛。

如果确实需要加锁,也不是两边加锁那么简单:

MyStruct& operator=(const MyStruct& o)
{
    if (this != &o)
    {
        // WRONG!  DO NOT DO THIS!!!
        std::lock_guard<std::mutex> lhs_lk(_mutex);
        std::lock_guard<std::mutex> rhs_lk(o._mutex);
        field1 = o.field1;
        field2 = o.field2;
    }
    return *this;
}

你不应该这样做的原因是想象线程 A 这样做:

x = y;

同时线程 B 这样做:

y = x;

现在你有可能出现死锁。想象一下线程 A 锁定 x._mutex,然后线程 B 锁定 y._mutex。现在线程 A 和 B 都将阻止尝试锁定它们的 o._mutex,并且两个线程都不会成功,因为它正在等待另一个线程释放它。

赋值运算符的正确表述如下:

MyStruct& operator=(const MyStruct& o)
{
    if (this != &o)
    {
        std::lock(_mutex, o._mutex);
        std::lock_guard<std::mutex> lhs_lk(_mutex, std::adopt_lock);
        std::lock_guard<std::mutex> rhs_lk(o._mutex, std::adopt_lock);
        field1 = o.field1;
        field2 = o.field2;
    }
    return *this;
}

std::lock(m1, m2, ...) 的工作是以某种神奇的方式锁定所有互斥锁,而 不会 死锁。如果您想了解更多细节,请阅读Dining Philosophers Rebooted

现在_mutexo._mutex 已锁定,您只需通过拥有lock_guards adopt 对它们的互斥锁的所有权来确保它们的解锁异常安全。也就是说,它们将不再尝试在构造时锁定它们的互斥体,但它们仍会在破坏时解锁它们。 lock_guard 构造函数本身什么也不抛出,所以这都是异常安全的。

哦,您还必须将 _mutex 存储为 mutable 数据成员,否则您将无法在 rhs 上锁定和解锁它。

在 C++14 中,如果您想尝试,可以使用潜在的优化:您可以“写锁定”this-&gt;_mutex 和“读锁定”o._mutex。这将允许多个线程同时为 from 分配一个公共 rhs,如果没有线程将 分配给rhs。为此,您需要让MyStruct 存储std::shared_timed_mutex 而不是std::mutex

#include <mutex>
#include <shared_mutex>

struct MyStruct
{
    using MutexType = std::shared_timed_mutex;
    using ReadLock = std::shared_lock<MutexType>;
    using WriteLock = std::unique_lock<MutexType>;

    mutable MutexType _mutex;

    int field1;
    int field2;

    MyStruct& operator=(const MyStruct& o)
    {
        if (this != &o)
        {
            WriteLock lhs_lk(_mutex, std::defer_lock);
            ReadLock  rhs_lk(o._mutex, std::defer_lock);
            std::lock(lhs_lk, rhs_lk);
            field1 = o.field1;
            field2 = o.field2;
        }
        return *this;
    }

};

这与以前类似,只是我们需要更改互斥体的类型,现在 lhs 锁定 unique_lock(它写锁定 lhs 互斥体)和 rhs 锁定 shared_lock(它读取-锁定 rhs 互斥体)。这里我们还使用std::defer_lock 来构造锁,但要告诉锁互斥体尚未锁定,并且在构造时不要锁定。然后我们的老朋友std::lock(m1, m2) 用来告诉两个锁同时加锁而不会死锁。是的,std::lock 适用于互斥锁和锁类型。任何具有成员 lock()try_lock()unlock() 的内容都将与 std::lock(m1, m2, ...) 一起使用。

请注意,C++14 技术并不是绝对的优化。您将不得不测量以确认或否认它是。对于像MyStruct 这样简单的东西,它可能不是优化,除了一些特殊的使用模式。带有std::mutex 的 C++11 技术仍然是工具箱中的一个有价值的工具,即使在 C++14 中也是如此。

为了便于在mutexshared_timed_mutex 之间切换回来和第四次,这个最新的示例使用了类型别名,可以轻松更改。只需更改两行即可切换回mutex

using MutexType = std::shared_timed_mutex;

using ReadLock = std::共享unique_lock&lt;MutexType&gt;;

using WriteLock = std::unique_lock&lt;MutexType&gt;;

【讨论】:

  • 感谢您的详细回答,但是,我遇到了std::lock(_mutex, o._mutex); 的问题,我收到错误消息“通过 ...'this' 参数丢弃限定符”。我已经把它缩小到o._mutex作为罪魁祸首,这是有道理的,因为oconst,当然std::lock想要修改o的互斥锁。给出的答案是否有缺陷,或者我错过了一些简单的东西?不幸的是,我目前只使用 c++11。当然,如果有必要,我可以提出一个新问题。
  • 让你的数据成员互斥mutable
【解决方案2】:

std::mutex 变量/成员不能被分配,因此,你会得到错误。

试试这样的:

struct MyStruct {
    std::mutex _mutex;

    int field1;
    int field2;

   MyStruct &operator=(const MyStruct &o) {
      field1=o.field1;
      field2=o.field2;
      return *this;
   }
};

但是,这不会在分配期间锁定互斥锁。根据上下文,您可能需要在赋值运算符或调用函数中添加锁定。

【讨论】:

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