复制省略可以在 synchronize-with 语句中发生吗？答案

【问题标题】：Can copy elision happen across synchronize-with statements?复制省略可以在 synchronize-with 语句中发生吗？
【发布时间】：2012-01-19 09:56:46
【问题描述】：

在下面的示例中，如果我们暂时忽略互斥体，复制省略可能会消除对复制构造函数的两次调用。

user_type foo()
{
  unique_lock lock( global_mutex );
  return user_type(...);
}

user_type result = foo();

现在复制省略的规则没有提到线程，但我想知道它是否真的应该跨越这样的界限。在上述情况下，逻辑抽象机器间线程中的最终副本发生在互斥锁释放之后。但是，如果省略副本，则结果数据结构会在互斥锁中初始化，因此它在互斥锁释放之前发生在线程间。

我还没有想到一个具体的例子，复制省略如何真正导致竞争条件，但内存序列中的干扰似乎是个问题。任何人都可以明确地说它不会导致问题，或者有人可以提出一个确实可以打破的例子吗？

为确保答案不仅仅针对特殊情况，请注意，如果我有类似new (&result)( foo() ) 的语句，仍然允许复制省略（根据我的阅读）。也就是说，result 不需要是堆栈对象。 user_type 本身也可以处理线程间共享的数据。

答案：我选择第一个答案作为最相关的讨论。基本上，由于标准说可能会发生省略，程序员只需要小心跨越同步边界发生。没有迹象表明这是有意还是无意的要求。我们仍然缺乏任何示例来说明可能出现的问题，因此无论哪种方式都可能不是问题。

【问题讨论】：

我的大脑很难将function 作为函数名来阅读，纯粹是因为其他语言。所以我的编辑可能会有点争议；不过，希望你不要介意。好问题！
@LightnessRacesinOrbit 在您显然应该调用函数bar 的意义上存在争议？
“我还没有想到一个具体的例子，复制省略如何真正导致竞争条件”。我也是。问题是，在没有复制省略的情况下，在析构函数的两侧都调用了复制构造函数，因此无论有没有锁，调用复制 ctor 都必须“原则上”有效。为了想出一个坏的情况，我们需要它来关心被复制到/从对象的地址是什么。例如，我们可以将&result 传递给foo，并确保~unique_lock 使用result 的别名，以便我们的程序始终使用锁修改result。
@EdA：你的意思是new (*result)(foo()) 可能吗？鉴于&result，除了您所谓的“堆栈对象”（尽管自动与静态存储持续时间的实际复杂性）之外，我看不出它怎么可能是任何东西
我的意思不是同一个结果对象，只是全局空间某处的某个随机对象，或者从堆中分配。

标签： c++ c++11

【解决方案1】：

线程与它无关，但锁的构造函数/析构函数的顺序可能会影响你。

查看您的代码执行的低级步骤，没有复制省略，一一（使用 GCC 选项 -fno-elide-constructors）：

构造lock。
使用(...) 参数构造临时user_type。
使用步骤 2 中的值复制并构造函数的临时返回值，类型为 user_type。
从第 2 步销毁临时文件。
销毁lock。
使用步骤 3 中的值复制构造 user_type result。
从第 3 步销毁临时文件。
稍后，销毁result。

自然，通过多次复制省略优化，它只是：

构造lock。
直接用(...)构造result对象。
销毁lock。
稍后，销毁result。

请注意，在这两种情况下，带有(...) 的user_type 构造函数都受到锁的保护。任何其他复制构造函数或析构函数调用可能不受保护。

事后思考：

我认为最有可能导致问题的地方是析构函数。也就是说，如果使用 (...) 构造的原始对象处理任何共享资源的方式与其副本不同，并且在析构函数中执行需要锁定的操作，那么您就有问题了。

当然，这意味着您的对象一开始就设计得很糟糕，因为副本的行为与原始对象不同。

参考：

在 C++11 草案中，12.8.31（没有所有“移动”的类似措辞在 C++98 中：

当满足某些条件时，允许实现省略类的复制/移动构造对象，即使对象的复制/移动构造函数和/或析构函数有副作用。在这种情况下，该实现将省略的复制/移动操作的源和目标视为简单的两个不同引用同一对象的方式，并且该对象的销毁发生在较晚的时间当两个对象在没有优化的情况下被销毁时。这种复制/移动的省略称为复制省略的操作在以下情况下是允许的（可以组合到消除多个副本）：

在具有类返回类型的函数的 return 语句中，当表达式是具有相同 cvunqualified 的非易失性自动对象（函数或 catch 子句参数除外） type 作为函数返回类型，可以通过构造省略复制/移动操作自动对象直接转化为函数的返回值

一个函数或 catch 子句参数），其范围不超出最内层的末尾封闭的try-block（如果有的话），从操作数到异常的复制/移动操作可以通过将自动对象直接构造到异常对象中来省略对象

何时复制/移动尚未绑定到引用的临时类对象对于具有相同 cv-unqualified 类型的类对象，可以通过以下方式省略复制/移动操作将临时对象直接构造到省略的复制/移动的目标中

当异常处理程序的异常声明声明了相同类型的对象时（除了 cv-qualification）作为异常对象，如果程序的含义，可以通过将异常声明作为异常对象的别名来省略复制/移动操作除了为声明的对象执行构造函数和析构函数外，将保持不变异常声明。

第 1 点和第 3 点在您的示例中协作以省略所有副本。

【讨论】：

destroy lock 创建一个内存栅栏（应该是双向的）。直接构造为result 会更改该栅栏之前的变量，尽管逻辑代码仅在该栅栏之后修改该变量。这似乎违反了同步顺序。
复制省略是否需要这样工作？我认为答案是肯定的：“在这种情况下，实现将省略的复制/移动操作的源和目标视为引用同一对象的两种不同方式”，这意味着通常的排序规则仍在起作用。
内存栅栏与它无关。无论构造函数/析构函数实际做什么，C++ 语言都明确允许这种省略。如果这些省略号碰巧破坏了您的代码，那么您只是有一个错误。
@rodrigo，我愿意接受（基本上必须），但这是故意的特征吗？请注意，标准对其排序要求非常严格，允许省略简单地绕过这一点，没有太多注释，这似乎不寻常。
@edA-qamort-ora-y 这当然是一个不寻常的规则，因为它是 as-is 规则的一个例外，但它有据可查。请参阅我更新的答案中的参考。

【解决方案2】：

“为确保答案不仅仅针对特殊情况，请注意，如果我有类似new (&result)( foo() ) 的语句，仍然允许出现复制省略（根据我的阅读）。也就是说，结果不需要是一个堆栈对象。user_type 本身也可以处理线程之间共享的数据。"

问题是：如果result 是共享的，即使没有省略，您也会有数据竞争。该行为一开始就未定义。

【讨论】：