使用 C++、cin、cout、线程和 sync_with_stdio 损坏的输出

Question

我正在尝试用 C++ 编写一个程序，以尽可能快的方式处理大量数据包。所有来自标准的数据包都应该被尽可能快地读取，从池中发送到一个线程进行处理，然后处理到将数据包写入标准输出的输出线程。

当您在 C++ 中使用标准输入和输出时，建议在任何输入或输出之前调用std::ios_base::sync_with_stdio(false) 函数。在某些环境中，这实现了很大的加速，尽管您应该避免在调用后使用标准 C 函数进行输入/输出。

嗯，这似乎在单个线程中完美运行。但正如我所说，我的意图是使用一个线程进行输入，一个线程用于输出，多个线程进行并行处理。我观察到输出存在一些问题。这是输出线程（非常简化）：

void PacketDispatcher::thread_process_output(OutputQueue& output_queue) {
    std::vector<Packet> packet_list;
    while(output_queue.get(packet_list)) {
        for (const auto& packet: packet_list) {
            std::cout << "Packet id = " << packet.id << "\n";
        }
    }
    std::cout.flush();
}

如果我使用 std::endl 而不是 "\n" 损坏较少，但 std::endl 会强制刷新流，从而影响性能这种情况（问题没有解决，只是最小化了）。

这是程序中使用 std::cout 的唯一点，但如果我在程序开始时调用 std::ios_base::sync_with_stdio(false)，我会得到明显的加速，但我的输出总是以某种方式损坏：

Packet id = Packet id = 4
Packet id = 5
Packet id = 6
Packet id = 7
Packet id = 8
Packet id = 9
Packet id = 10

那么，问题出在哪里？ C++ 不能使用快速标准输入/输出进行多线程吗？

Answer 1

我终于找到了罪魁祸首。如果您在 Internet 上搜索，很多网站都建议使用 sync_with_stdio 调用，但他们不谈论线程。

其他网站谈论 iostream 和线程，例如 this one，但这并不能解释为什么我在仅一个线程中使用 std::cin 和 std ::cout 也在它自己的线程中。

问题在于，在内部，std::cin 输入线程正在调用 std::cout 以刷新其缓冲区，但由于未与 mutex 或类似内容同步的流，输出已损坏。如果缓冲区在做不同的事情，我为什么要同步它们？为什么 std::cin 搞乱了 std::cout？

在 C++ 中，默认情况下，标准流 cin、cerr 和 clog 绑定到 cout。这是什么意思？这意味着当您尝试从 cin 读取时，首先它会强制刷新到 cout。有时这很有用，您可以阅读here。

但就我而言，这导致了一些严重的问题，那么，如何解开流？使用tie method 非常简单：

std::ios_base::sync_with_stdio(false);

std::cin.tie(nullptr);
std::cerr.tie(nullptr);

或者如果你的编译器不支持 C++11：

std::ios_base::sync_with_stdio(false);

std::cin.tie(static_cast<ostream*>(0));
std::cerr.tie(static_cast<ostream*>(0));

有了这个改变，我的输出现在是正确的：

Packet id = 1
Packet id = 2
Packet id = 3
Packet id = 4
Packet id = 5
Packet id = 6
Packet id = 7
Packet id = 8
Packet id = 9
Packet id = 10

因为它避免了每次使用 std::cin 时都进行刷新，所以它也更快:-)