Стратегия блокировки входящего класса в C ++ 11
У меня есть интерфейс, использующийpimpl
идиома, однако интерфейс должен быть реентерабельным. Однако вызывающим потокам не нужно знать о блокировке. Это вопрос, состоящий из четырех частей, и одна часть, специально созданная для C ++ 11 (пример, включающий несколько вопросов, похожих на FAQ, с которыми я столкнулся повторно:locking
, pimpl
, rvalue
и C ++ 11, где ответы были несколько сомнительными по своему качеству).
В заголовке example.hpp:
#ifndef EXAMPLE_HPP
#define EXAMPLE_HPP
#include <memory>
#include <string>
#ifndef BOOST_THREAD_SHARED_MUTEX_HPP
# include <boost/thread/shared_mutex.hpp>
#endif
namespace stackoverflow {
class Example final {
public:
typedef ::boost::shared_mutex shared_mtx_t;
typedef ::boost::shared_lock< shared_mtx_t > shared_lock_t;
typedef ::boost::unique_lock< shared_mtx_t > unique_lock_t;
Example();
Example(const std::string& initial_foo);
~Example();
Example(const Example&) = delete; // Prevent copying
Example& operator=(const Example&) = delete; // Prevent assignment
// Example getter method that supports rvalues
std::string foo() const;
// Example setter method using perfect forwarding & move semantics. Anything
// that's std::string-like will work as a parameter.
template<typename T>
bool foo_set(T&& new_val);
// Begin foo_set() variants required to deal with C types (e.g. char[],
// char*). The rest of the foo_set() methods here are *NOT* required under
// normal circumstances.
// Setup a specialization for const char[] that simply forwards along a
// std::string. This is preferred over having to explicitly instantiate a
// bunch of const char[N] templates or possibly std::decay a char[] to a
// char* (i.e. using a std::string as a container is a Good Thing(tm)).
//
// Also, without this, it is required to explicitly instantiate the required
// variants of const char[N] someplace. For example, in example.cpp:
//
// template bool Example::foo_set<const char(&)[6]>(char const (&)[6]);
// template bool Example::foo_set<const char(&)[7]>(char const (&)[7]);
// template bool Example::foo_set<const char(&)[8]>(char const (&)[8]);
// ...
//
// Eww. Best to just forward to wrap new_val in a std::string and proxy
// along the call to foo_set<std::string>().
template<std::size_t N>
bool foo_set(const char (&new_val)[N]) { return foo_set(std::string(new_val, N)); }
// Inline function overloads to support null terminated char* && const
// char* arguments. If there's a way to reduce this duplication with
// templates, I'm all ears because I wasn't able to generate a templated
// versions that didn't conflict with foo_set<T&&>().
bool foo_set(char* new_val) { return foo_set(std::string(new_val)); }
bool foo_set(const char* new_val) { return foo_set(std::string(new_val)); }
// End of the foo_set() overloads.
// Example getter method for a POD data type
bool bar(const std::size_t len, char* dst) const;
std::size_t bar_capacity() const;
// Example setter that uses a unique lock to access foo()
bool bar_set(const std::size_t len, const char* src);
// Question #1: I can't find any harm in making Impl public because the
// definition is opaque. Making Impl public, however, greatly helps with
// implementing Example, which does have access to Example::Impl's
// interface. This is also preferre, IMO, over using friend.
class Impl;
private:
mutable shared_mtx_t rw_mtx_;
std::unique_ptr<Impl> impl_;
};
} // namespace stackoverflow
#endif // EXAMPLE_HPP
И тогда в реализации:
#include "example.hpp"
#include <algorithm>
#include <cstring>
#include <utility>
namespace stackoverflow {
class Example;
class Example::Impl;
#if !defined(_MSC_VER) || _MSC_VER > 1600
// Congratulations!, you're using a compiler that isn't broken
// Explicitly instantiate std::string variants
template bool Example::foo_set<std::string>(std::string&& src);
template bool Example::foo_set<std::string&>(std::string& src);
template bool Example::foo_set<const std::string&>(const std::string& src);
// The following isn't required because of the array Example::foo_set()
// specialization, but I'm leaving it here for reference.
//
// template bool Example::foo_set<const char(&)[7]>(char const (&)[7]);
#else
// MSVC workaround: msvc_rage_hate() isn't ever called, but use it to
// instantiate all of the required templates.
namespace {
void msvc_rage_hate() {
Example e;
const std::string a_const_str("a");
std::string a_str("b");
e.foo_set(a_const_str);
e.foo_set(a_str);
e.foo_set("c");
e.foo_set(std::string("d"));
}
} // anon namespace
#endif // _MSC_VER
// Example Private Implementation
class Example::Impl final {
public:
// ctors && obj boilerplate
Impl();
Impl(const std::string& init_foo);
~Impl() = default;
Impl(const Impl&) = delete;
Impl& operator=(const Impl&) = delete;
// Use a template because we don't care which Lockable concept or LockType
// is being used, just so long as a lock is held.
template <typename LockType>
bool bar(LockType& lk, std::size_t len, char* dst) const;
template <typename LockType>
std::size_t bar_capacity(LockType& lk) const;
// bar_set() requires a unique lock
bool bar_set(unique_lock_t& lk, const std::size_t len, const char* src);
template <typename LockType>
std::string foo(LockType& lk) const;
template <typename T>
bool foo_set(unique_lock_t& lk, T&& src);
private:
// Example datatype that supports rvalue references
std::string foo_;
// Example POD datatype that doesn't support rvalue
static const std::size_t bar_capacity_ = 16;
char bar_[bar_capacity_ + 1];
};
// Example delegating ctor
Example::Impl::Impl() : Impl("default foo value") {}
Example::Impl::Impl(const std::string& init_foo) : foo_{init_foo} {
std::memset(bar_, 99 /* ASCII 'c' */, bar_capacity_);
bar_[bar_capacity_] = '\0'; // null padding
}
template <typename LockType>
bool
Example::Impl::bar(LockType& lk, const std::size_t len, char* dst) const {
BOOST_ASSERT(lk.owns_lock());
if (len != bar_capacity(lk))
return false;
std::memcpy(dst, bar_, len);
return true;
}
template <typename LockType>
std::size_t
Example::Impl::bar_capacity(LockType& lk) const {
BOOST_ASSERT(lk.owns_lock());
return Impl::bar_capacity_;
}
bool
Example::Impl::bar_set(unique_lock_t &lk, const std::size_t len, const char* src) {
BOOST_ASSERT(lk.owns_lock());
// Return false if len is bigger than bar_capacity or the values are
// identical
if (len > bar_capacity(lk) || foo(lk) == src)
return false;
// Copy src to bar_, a side effect of updating foo_ if they're different
std::memcpy(bar_, src, std::min(len, bar_capacity(lk)));
foo_set(lk, std::string(src, len));
return true;
}
template <typename LockType>
std::string
Example::Impl::foo(LockType& lk) const {
BOOST_ASSERT(lk.owns_lock());
return foo_;
}
template <typename T>
bool
Example::Impl::foo_set(unique_lock_t &lk, T&& src) {
BOOST_ASSERT(lk.owns_lock());
if (foo_ == src) return false;
foo_ = std::move(src);
return true;
}
// Example Public Interface
Example::Example() : impl_(new Impl{}) {}
Example::Example(const std::string& init_foo) : impl_(new Impl{init_foo}) {}
Example::~Example() = default;
bool
Example::bar(const std::size_t len, char* dst) const {
shared_lock_t lk(rw_mtx_);
return impl_->bar(lk, len , dst);
}
std::size_t
Example::bar_capacity() const {
shared_lock_t lk(rw_mtx_);
return impl_->bar_capacity(lk);
}
bool
Example::bar_set(const std::size_t len, const char* src) {
unique_lock_t lk(rw_mtx_);
return impl_->bar_set(lk, len, src);
}
std::string
Example::foo() const {
shared_lock_t lk(rw_mtx_);
return impl_->foo(lk);
}
template<typename T>
bool
Example::foo_set(T&& src) {
unique_lock_t lk(rw_mtx_);
return impl_->foo_set(lk, std::forward<T>(src));
}
} // namespace stackoverflow
И мои вопросы:
Есть ли лучший способ обработать блокировку внутри частной реализации?Есть ли какой-либо вред в обнародовании Impl, если определение непрозрачное?При использовании Clang's-O4
включитьОптимизация времени соединения, для компоновщика должна быть возможность обойти издержки разыменованияstd::unique_ptr
, Кто-нибудь проверял это?Есть ли способ позвонитьfoo_set("asdf")
и есть пример ссылки правильно? У нас возникают проблемы с выяснением, для чего предназначен правильный явный экземпляр шаблонаconst char[6]
, Сейчас я настроил шаблонную специализацию, которая создаетstd::string
объект и прокси-вызов вызова foo_set (). Учитывая все обстоятельства, это кажется лучшим способом продвижения вперед, но я хотел бы знать, как передать «asdf» иstd::decay
результат.Что касается стратегии блокировки, я разработал очевидный уклон к этому по нескольким причинам:
Я могу изменить мьютекс, чтобы он был эксклюзивным мьютексом, где это уместноРазработав Impl API для включения требуемой блокировки, мы получаем очень сильную гарантию семантики блокировки во время компиляцииТрудно забыть что-то заблокировать (и ошибка «простого API», когда это произойдет, снова компилятор поймает это, как только API будет исправлен)Трудно оставить что-то заблокированным или создать мертвую блокировку из-за RAII, и если у Impl нет ссылки на мьютексИспользование шаблонов устраняет необходимость перехода с уникальной блокировки на общую блокировку.Поскольку эта стратегия блокировки охватывает больше кода, чем требуется на самом деле, она требует явных усилий для понижения блокировки с уникальной до общей, которая обрабатывает слишком общий сценарий, когда предположения, сделанные с общей блокировкой, необходимо повторно проверять при вводе уникальной заблокированной площадьИсправления ошибок или изменения API Impl не требуют перекомпиляции всего приложения, так как API example.hpp внешне исправлен.Я прочитал этоACE также использует этот тип стратегии блокировки, но я приветствую некоторую реальную критику со стороны пользователей ACE или других пользователей: повторная передача блокировки как необходимой части интерфейса.
Для полноты, вот пример example_main.cpp для людей, чтобы пережевать.
#include <sysexits.h>
#include <cassert>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <stdexcept>
#include "example.hpp"
int
main(const int /*argc*/, const char** /*argv*/) {
using std::cout;
using std::endl;
using stackoverflow::Example;
{
Example e;
cout << "Example's foo w/ empty ctor arg: " << e.foo() << endl;
}
{
Example e("foo");
cout << "Example's foo w/ ctor arg: " << e.foo() << endl;
}
try {
Example e;
{ // Test assignment from std::string
std::string str("cccccccc");
e.foo_set(str);
assert(e.foo() == "cccccccc"); // Value is the same
assert(str.empty()); // Stole the contents of a_str
}
{ // Test assignment from a const std::string
const std::string const_str("bbbbbbb");
e.foo_set(const_str);
assert(const_str == "bbbbbbb"); // Value is the same
assert(const_str.c_str() != e.foo().c_str()); // Made a copy
}
{
// Test a const char[7] and a temporary std::string
e.foo_set("foobar");
e.foo_set(std::string("ddddd"));
}
{ // Test char[7]
char buf[7] = {"foobar"};
e.foo_set(buf);
assert(e.foo() == "foobar");
}
{ //// And a *char[] & const *char[]
// Use unique_ptr to automatically free buf
std::unique_ptr<char[]> buf(new char[7]);
std::memcpy(buf.get(), "foobar", 6);
buf[6] = '\0';
e.foo_set(buf.get());
const char* const_ptr = buf.get();
e.foo_set(const_ptr);
assert(e.foo() == "foobar");
}
cout << "Example's bar capacity: " << e.bar_capacity() << endl;
const std::size_t len = e.bar_capacity();
std::unique_ptr<char[]> buf(new char[len +1]);
// Copy bar in to buf
if (!e.bar(len, buf.get()))
throw std::runtime_error("Unable to get bar");
buf[len] = '\0'; // Null terminate the C string
cout << endl << "foo and bar (a.k.a.) have different values:" << endl;
cout << "Example's foo value: " << e.foo() << endl;
cout << "Example's bar value: " << buf.get() << endl;
// Set bar, which has a side effect of calling foo_set()
buf[0] = 'c'; buf[1] = buf[2] = '+'; buf[3] = '\0';
if (!e.bar_set(sizeof("c++") - 1, buf.get()))
throw std::runtime_error("Unable to set bar");
cout << endl << "foo and bar now have identical values but only one lock was acquired when setting:" << endl;
cout << "Example's foo value: " << e.foo() << endl;
cout << "Example's bar value: " << buf.get() << endl;
} catch (...) {
return EX_SOFTWARE;
}
return EX_OK;
}
И построить инструкции по использованиюC++11
а такжеlibc++
:
clang++ -O4 -std=c++11 -stdlib=libc++ -I/path/to/boost/include -o example.cpp.o -c example.cpp
clang++ -O4 -std=c++11 -stdlib=libc++ -I/path/to/boost/include -o example_main.cpp.o -c example_main.cpp
clang++ -O4 -stdlib=libc++ -o example example.cpp.o example_main.cpp.o /path/to/boost/lib/libboost_exception-mt.dylib /path/to/boost/lib/libboost_system-mt.dylib /path/to/boost/lib/libboost_thread-mt.dylib
В качестве небольшого бонуса я обновил этот пример, включив в него идеальную пересылку с использованием ссылок rvalue вfoo_set()
метод. Хотя это и не идеально, потребовалось больше времени, чем я ожидал, чтобы правильно создать экземпляр шаблона, что является проблемой при компоновке. Это также включает в себя соответствующие перегрузки для основных типов C, в том числе:char*
, const char*
, char[N]
, а такжеconst char[N]
.