在多线程应用程序中使用智能指针

Question

我需要执行一些计算，这取决于两个或多个步骤，如下所示：

class A
{
public:
    double step1() { return 2.5; }
};

class B
{
public:
    double step2() { return 1.2; }
};

class Result
{
public:
    Result(std::shared_ptr<A> _a, std::shared_ptr<B> _b) : a(_a), b(_b) {};

    double getResult() { return a->step1() + b->step2(); }

private:
    std::shared_ptr<A> a;
    std::shared_ptr<B> b;
};

实际上，第 1 步和第 2 步需要多态行为，因此这些（共享）指针将指向“接口”类，但这里的细节并不重要。

现在，getResult() 中的最终计算也需要多态行为，因此我创建了一个指向 Result 的（唯一）指针，创建了一个调用 getResult() 的 lambda，并将该 lambda 传递给我的线程，如下所示：

void run_multi_threaded_calculation()
{
    auto result = create_result_unique_ptr();

    const int nThreads = 4;
    std::vector<double> save(nThreads);

    auto task = [&](int n) {
        // Preprocessing before getResult()
        save[n] = n * result->getResult();
    };

    std::vector<std::thread> threads;
    threads.reserve(nThreads);
    for (size_t i = 0; i < nThreads; ++i)
    {
        threads.push_back(std::thread(task, i));
    }

    for (auto& th : threads)
        th.join();

    for (const auto& s : save)
        std::cout << s << '\n';
}

问题 1： 我是否使用了正确的智能指针和 lambda 捕获配置，例如unique_ptr 到 Result 和 shared_ptr 到 A 和 B？经过一些猜测并检查更改智能指针类型后，上述编译（但如果Result 中的a 和b 是unique_ptr，则不会编译），但我不确定这是否是最好的方法接近这个。

问题 2： 如果我将 lambda 替换为等效的（或者我认为的）函数对象，那么我的代码无法编译（错误 C2661: 'std::tuple::tuple'：没有重载函数需要 2 个参数）。智能指针是否缺少我的某些东西，或者线程的工作方式，或者我的函数对象定义可能存在一些问题？

以下是相关更改：

class ResultFunctor
{
public:
    ResultFunctor(std::unique_ptr<Result> _result, std::vector<double>& _save) : result(std::move(_result)), save(_save) {};

    void operator() (int n) { save[n] = n * result->getResult(); }

private:
    std::unique_ptr<Result> result;
    std::vector<double>& save;
};

并替换以下行：

void run_multi_threaded_calculation()
{
    // Other stuff is unchaged...

    /*auto task = [&](int n) {
        // Preprocessing before getResult()
        save[n] = n * result->getResult();
    };*/

    auto task = ResultFunctor(std::move(result), save);

    // other stuff is unchanged...
}

Answer 1

您遇到的部分问题是您正在传递unique_ptr。但是，当您尝试将其传递到此处的 std::thread 时，您错过了一个位于 ResultFunctor 类中的move：

threads.push_back(std::thread(task, i));

如果您必须使用 unique_ptr，那么您很可能需要在 ResultFunctor 中使用 move c'tor：

class ResultFunctor
{
public:
    ResultFunctor(std::unique_ptr<Result> _result, std::vector<double>& _save) : result(std::move(_result)), save(_save) {};

    void operator() (int n) { save[n] = n * result->getResult(); }

    // Move c'tor rough un-tested example
    ResultFunctor(ResultFunctor&& rf) :
        result(std::move(rf.result)),
        save(rf.save)
    {};

private:
    std::unique_ptr<Result> result;
    std::vector<double>& save;
};

这样您就可以将其移动到 std::thread 的 c'tor 中，该 c'tor 采用 r 值 ref

threads.push_back(std::thread(std::move(task), i));

至少这是我能看到的主要问题，即使它不会导致您当前的错误。

注意：您的 lambda 与您的“等效”仿函数类完全不同。您的 lambda 是通过引用捕获的。然而，当你将它传递给线程时，这并不那么安全，REAL unique_ptr 可能会超出范围并销毁它！

所以这不是一个很好的解决方案。在 c++14 中，我相信您可以使用 move 捕获 unique_ptr：How to capture a unique_ptr into a lambda expression? 和 https://isocpp.org/wiki/faq/cpp14-language#lambda-captures