为什么在单独的线程中调用成员成员函数会导致不确定的行为？

Question

我将我的问题分解为可重现的问题。在下面的代码中，我们有一个类printer。 printer::run 将打印 id_ 的 printer。 printer::spawn 会给你一个带有新打印机的线程。

在main 中，我正在生成 10 台打印机。创建的线程将在main 的末尾加入。我的期望是每次我们运行它时我们都会以某种顺序获得从 0 到 9 的数字（这是标题中的“确定性行为”）。不是这种情况。我们有时会得到其他数字。这是为什么？

#include <thread>
#include <iostream>
#include <vector>

class printer
{
public:
    printer(int i) : i_(i){};
    void run()
    {
        std::cout << i_ << '\n';
    }
    std::shared_ptr<std::thread> spawn()
    {
        return std::make_shared<std::thread>([=]() { run(); });
    }

private:
    int i_;
};

int main()
{
    std::vector<std::shared_ptr<std::thread>> vec;
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        printer p{i};
        vec.push_back(p.spawn());
    }
    for (auto a : vec)
    {
        a->join();
    }
    return 0;
}

关于我的期望的一些想法：

我猜我们在调用 spawn 时会复制当前 printer 的状态，因为我们通过值 (lambda) 而不是通过引用来捕获状态。

即使我们通过引用捕获，我们仍然将状态复制到新线程。

即使这没有发生，每个线程都有自己的printer。我错过了什么？

一些示例输出：

（为简洁起见，我将所有数字放在一行中）

1, 3, 4, 2, 5, 6, 7, 8, 9, -116618192
1513168144, 1513168144, 1513168144, 1513168144, 1513168144, 1513168144, 1513168144, 1513168144, 1513168144, 1513168144
1, 2, 33, , 6, 6, 7, 9, 9, 1344437296
1, 43, 2, 6, , 6, 7, 8, 9, -1194894256

有些输出没有全部 10 个数字...

Answer 1

这里

{
    printer p{i};
    vec.push_back(p.spawn());
}

对象p 的生命周期以} 结束。因此，您推入向量中的 lambda 将尝试调用不再存在的对象的成员函数。您的代码具有未定义的行为，看到正确的输出只是巧合。

Answer 2

这是因为您在创建线程的循环中创建和销毁了一个打印机对象。当循环进入下一次迭代时，上一次迭代中创建的打印机已经被销毁，而您创建来引用它的线程将引用这个被销毁的对象。这是未定义的行为。

基本上所有线程都将使用相同的printer 对象。在某些时候，它占用的内存在用于保存其他数据时会被覆盖。

您可能想要创建一个打印机数组，以便可以将不同的打印机传递给每个线程。