Скотт Мейерс - Эффективный и современный С++. 42 рекомендации по использованию С++11 и С++14

private:

mutable bool rootsAreValid{ false }; // См. инициализаторы

mutable RootsType rootVals{}; // в разделе 3.1

};

Концептуально rootsне изменяет объект Polynomial, с которым работает, но в качестве части кеширующих действий может потребоваться изменение rootValsи rootsAreValid. Это классический случай использования mutable, и именно поэтому эти данные-члены объявлены с данным модификатором.

Представим теперь, что два потока одновременно вызывают rootsдля объекта Polynomial:

Polynomial p;

…

/*----- Поток 1 ----- */ /*------- Поток 2 ------- */

auto rootsOfP = p.roots(); auto valsGivingZero = p.roots();

Этот клиентский код совершенно разумен. Функция rootsявляется константной функцией-членом, и это означает, что она представляет операцию чтения. Выполнение операций чтения несколькими потоками одновременно без синхронизации вполне безопасно. Как минимум предполагается, что это так. В данном случае это не так, поскольку в функции rootsодин или оба эти потока могут попытаться изменить члены-данные rootsAreValidи rootVals. Это означает, что данный код может одновременно читать и записывать одни и те же ячейки памяти без синхронизации, а это — определение гонки данных. Такой код имеет неопределенное поведение.

Проблема заключается в том, что функция rootsобъявлена как const, но не является безопасной с точки зрения потоков. Объявление constявляется корректным как в С++11, так и в С++98 (вычисление корней полинома не изменяет сам полином), так что коррекция нужна для повышения безопасности потоков.

Простейший способ решения проблемы обычно один: применение mutex:

class Polynomial {

public:

using RootsType = std::vector;

RootsType roots() const {

std::lock_guard g(m);// Блокировка мьютекса

if (!rootsAreValid) { // Если кеш некорректен

… // Вычисление корней

rootsAreValid = true;

}

return rootVals;

} // Разблокирование

private:

mutable std::mutex m;

mutable bool rootsAreValid{ false };

mutable RootsType rootVals{};

};

Мьютекс std::mutex mобъявлен как mutable, поскольку его блокировка и разблокирование являются неконстантными функциями, а в противном случае в константной функции-члене rootsмьютекс mрассматривается как константный объект.

Следует отметить, что поскольку std::mutexне может быть ни скопирован, ни перемещен, побочным эффектом добавления mк Polynomialявляется то, что Polynomialтеряет возможность копирования и перемещения.

В некоторых ситуациях мьютекс является излишеством. Например, если все, что вы делаете, — это подсчитываете, сколько раз вызывается функция-член, то часто более дешевым средством является счетчик std::atomic(т.e. счетчик, для которого гарантируется атомарность операций — см. раздел 7.6). (Действительно ли это более дешевое средство, зависит от аппаратного обеспечения и реализации мьютексов в вашей стандартной библиотеке.) Вот как можно использовать std::atomicдля подсчета вызовов:

class Point { // Двумерная точка

public:

…

double distanceFromOrigin() // См. описание noexcept

const noexcept // в разделе 3.8

{

++callCount; // Атомарный инкремент

return std::hypot(x, y); // std::hypot - новинка C++11

}

private:

mutable std::atomic callCount{ 0 };

double x, y;

};

Как и std::mutex, std::atomicневозможно копировать, так что наличие callCountв Pointозначает, что Pointтакже невозможно копировать.

Поскольку операции над переменными std::atomicзачастую менее дорогостоящи, чем захват и освобождение мьютекса, вы можете соблазниться использовать std::atomicбольше, чем следует. Например, в классе, кеширующем дорогостоящее для вычисления значение int, вы можете попытаться использовать вместо мьютекса пару переменных std::atomic:

class Widget {

public:

…

int magicValue() const {

if (cacheValid) return cachedValue;

else {

auto val1 = expensiveComputation1();

auto val2 = expensiveComputation2();

cachedValue = val1 + val2;// Часть 1

cachevalid = true; // Часть 2

return cachedValue;

}

}

private:

mutable std::atomiccacheValid{ false };

mutable std::atomiccachedValue;

};

Этот способ работает, но иногда выполняет существенно большую работу, чем требуется. Рассмотрим такой сценарий.