c++ - 互斥体应该是可变的吗？

Question

不确定这是风格问题，还是有硬性规定的问题......

如果我想尽可能保持公共(public)方法接口(interface)为 const，但让对象线程安全，我应该使用可变互斥锁吗？一般来说，这是一种好的风格，还是应该首选非常量方法接口(interface)？请证明你的观点。

Answer 1

隐藏的问题是:你将保护你的类的互斥锁放在哪里？

总而言之，假设您要读取受互斥体保护的对象的内容。

“read”方法在语义上应该是“const”，因为它不会改变对象本身。但是要读取值，你需要先锁定一个互斥体，提取值，然后解锁互斥体，这意味着互斥体本身必须被修改，这意味着互斥体本身不能是“const”。

如果互斥锁是外部的

然后一切正常。对象可以是“const”，互斥体不必是:

Mutex mutex ;

int foo(const Object & object)
{
   Lock<Mutex> lock(mutex) ;
   return object.read() ;
}

恕我直言，这是一个糟糕的解决方案，因为任何人都可以重用互斥锁来保护其他东西。包括你。事实上，您会背叛自己，因为如果您的代码足够复杂，您只会对这个或那个互斥体究竟在保护什么感到困惑。

我知道:我是那个问题的受害者。

如果互斥锁是内部的

出于封装目的，您应该将互斥锁尽可能靠近它所保护的对象。

通常，您会编写一个内部带有互斥锁的类。但迟早，您需要保护一些复杂的 STL 结构，或者其他人编写的没有内部互斥锁的任何东西(这是一件好事)。

这样做的一个好方法是使用添加互斥功能的继承模板派生原始对象:

template <typename T>
class Mutexed : public T
{
   public :
      Mutexed() : T() {}
      // etc.

      void lock()   { this->m_mutex.lock() ; }
      void unlock() { this->m_mutex.unlock() ; } ;

   private :
      Mutex m_mutex ;
}

这样，你可以写:

int foo(const Mutexed<Object> & object)
{
   Lock<Mutexed<Object> > lock(object) ;
   return object.read() ;
}

问题是它不起作用，因为 object 是 const，而 lock 对象正在调用非 const lock 和 unlock 方法。

困境

如果您认为 const 仅限于按位 const 对象，那么您就完蛋了，必须回到“外部互斥体解决方案”。

解决方案是承认 const 更像是一个语义限定符(就像 volatile 用作类的方法限定符时一样)。您隐藏了该类不完全是 const 的事实，但仍确保提供一个实现，以保证在调用 const方法。

然后你必须声明你的互斥锁是可变的，并且锁定/解锁方法 const:

template <typename T>
class Mutexed : public T
{
   public :
      Mutexed() : T() {}
      // etc.

      void lock()   const { this->m_mutex.lock() ; }
      void unlock() const { this->m_mutex.unlock() ; } ;

   private :
      mutable Mutex m_mutex ;
}

恕我直言，内部互斥体解决方案是一个很好的解决方案:一方面必须将对象声明为彼此靠近，另一方面又将它们都聚合在包装器中，这最终是一回事。

但是聚合有以下优点:

1. 更自然(在访问之前锁定对象)
2. 一个对象，一个互斥体。由于代码风格迫使您遵循此模式，因此它降低了死锁风险，因为一个互斥锁将仅保护一个对象(而不是您不会真正记住的多个对象)，并且一个对象将仅受一个互斥锁保护(而不是由需要按正确顺序锁定的多个互斥体)
3. 上面的互斥类可以用于任何类

因此，请让您的互斥锁尽可能靠近互斥对象(例如，使用上面的 Mutexed 构造)，并为互斥锁使用 mutable 限定符。

编辑 2013-01-04

显然，Herb Sutter 也有同样的观点:他对 C++11 中 const 和 mutable 的"new"含义的介绍非常有启发性:

http://herbsutter.com/2013/01/01/video-you-dont-know-const-and-mutable/