線程安全的C ++堆棧

Question

我是C ++的新手，正在編寫一個多線程的應用程序，不同的編寫器將把對象推到堆棧上，讀者將它們從堆棧中拉出來（或者至少將指針推到一個對象上）。

是否有內置於C ++中的結構可以在不添加鎖定代碼等的情況下處理此問題？ 如果沒有，Boost庫怎么樣？

編輯：

你好。 感謝最初的好答案。 我想我認為這可能是內置的一個原因是我純粹在x86空間思考並且認為指針的PUSH / POP應該是指令級別的原子動作。

我不確定我最初的預感是否正確，但我想在所有平台上都不一定如此。 雖然如果在x86上運行，你是否會將原子PUSH和POP發送到堆棧中，如果是這樣，這實際上是否使它無鎖？

Answer 1

是的： Boost.Thread很棒，應該很好地滿足你的需求。 （現在，很多人都說你幾乎可以將Boost視為內置功能。）

仍然沒有可以使用開箱即用的類，但是一旦掌握了同步原語，實現自己的線程安全包裝器（例如std::stack就非常簡單了。 它可能看起來像這樣（沒有實現每個方法......）：

template <typename T> class MyThreadSafeStack {
  public:
    void push(const T& item) {
      boost::mutex::scoped_lock lock(m_mutex);
      m_stack.push(item);
    }
    void pop() {
      boost::mutex::scoped_lock lock(m_mutex);
      m_stack.pop();
    }
    T top() const { // note that we shouldn't return a reference,
                    // because another thread might pop() this
                    // object in the meanwhile
      boost::mutex::scoped_lock lock(m_mutex);
      return m_stack.top();
    }

  private:
    mutable boost::mutex m_mutex;
    std::stack<T> m_stack;
}    

---

如果您不熟悉 C ++，請了解RAII 。 與此案相關，Boost.Thread有“范圍鎖定”類，因為忘記釋放鎖定很難讓自己在腿上射擊。

如果您發現自己編寫的代碼如下：

void doStuff() {
  myLock.lock();
  if (!condition) {
    reportError();
    myLock.unlock();
    return;
  }
  try {
    doStuffThatMayThrow();
  }
  catch (std::exception& e) {
    myLock.unlock();
    throw e;
  }
  doMoreStuff();
  myLock.unlock();
}

，那么你應該說不，然后去RAII（語法不直接來自Boost）：

void doStuff() {
  scoped_lock lock;
  if (!condition) {
    reportError();
    return;
  }
  doStuffThatMayThrow();
  doMoreStuff();
}

關鍵是當scoped_lock對象超出范圍時，它的析構函數會釋放資源 - 在本例中是鎖定。 無論您是通過拋出異常退出作用域，還是執行您的同事在函數中間偷偷添加的奇數return語句，或者只是到達函數末尾，這都會發生。

Answer 2

目前的C ++標准根本不涉及線程，所以第一個問題的答案是否定的。 一般而言，將鎖定構建到基本數據結構中是一個壞主意，因為它們沒有足夠的信息來正確和/或有效地執行它。 相反，鎖定應該在使用數據結構的類中執行 - 換句話說，在您自己的應用程序類中。

Answer 3

AFAIK，沒有內置的C ++支持。 您必須使用簡單的同步工具同步堆棧操作。 如果線程屬於同一個進程，則CriticalSection會執行，否則為Mutex。

Answer 4

在C ++和Boost庫中都沒有內置機制來支持它（注意：有些人在Boost風格中編寫了線程安全堆棧等 ）。 您必須借用一些代碼或在自己的同步中烹飪。

請注意，您的情況可能需要單寫入器多讀取器保護（SWMRG），其中多個寫入器線程可以訪問堆棧（但在給定時間點只能訪問一個）並且多個讀取器可以訪問堆棧（許多位於給定的時間點）。 Richter有參考實現 。

Answer 5

如果您不想使用鎖定，則需要使用無鎖堆棧。 這實際上並不那么難（無鎖隊列更難）。 您確實需要特定於平台的比較交換原語，例如Windows上的InterlockedCompareExchange，但這並不難以抽象。

請參閱此處以獲取C＃中的示例：

http://www.boyet.com/Articles/LockFreeRedux.html

Answer 6

如果您在Windows上運行，SLIST將實現無鎖堆棧（具有SLIST_HEADER & SLIST_ENTRY結構）。

該算法使用互鎖函數使用相當簡單的推/彈單鏈接列表堆棧來實現。 唯一不明顯的項目是計數器增量以避免ABA問題。