c++ - std::lock_guard 导致未定义的行为

Question

编辑: 看起来，问题是我实际上并没有创建一个 lock_guard 的本地实例，而只是一个匿名的临时实例，它立即再次被销毁，如下面的评论所指出的。

Edit2:启用 clang 的线程清理器有助于在运行时查明这些类型的问题。它可以通过

启用

clang++ -std=c++14 -stdlib=libc++ -fsanitize=thread *.cpp -pthread

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这在某种程度上可能是一个重复的问题，但我找不到任何东西，所以如果它真的是重复的，我很抱歉。无论如何，这应该是一个初学者问题。

我正在玩一个简单的“Counter”类，比如在文件中内联

计数器.hpp:

#ifndef CLASS_COUNTER_HPP_
#define CLASS_COUNTER_HPP_

#include <mutex>
#include <string>
#include <exception>

class Counter
{
     public:
          explicit Counter(std::size_t v = 0) : value_{v} {}

          std::size_t value() const noexcept { return value_; }

//          void increment() { ++value_; }        // not an atomic operation : ++value_ equals value_ = value_ + 1
                                                // --> 3 operations: read, add, assign
          void increment() noexcept
          {
               mutex_.lock();
               ++value_;
               mutex_.unlock();
          }

//          void decrement() noexcept
//          {
//               mutex_.lock();
//               --value_;                      // possible underflow
//               mutex_.unlock();
//          }

          void decrement()
          {
               std::lock_guard<std::mutex>{mutex_};
               if (value_ == 0)
               {
                    std::string message{"New Value ("+std::to_string(value_-1)+") too low, must be at least 0"};
                    throw std::logic_error{message};
               }
               --value_;
          }

     private:
          std::size_t value_;
          std::mutex mutex_;
};

#endif

在 main.cpp 中，一个 Counter 实例应该被递增和递减同时:

主要.cpp:

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <array>
#include <thread>
#include <exception>

#include "Counter.hpp"

     int
main ()
{
     Counter counter{};
     std::array<std::thread,4> threads;
     auto operation = [&counter]()
     {
          for (std::size_t i = 0; i < 125; ++i)
               counter.increment();
     };
//     std::for_each(begin(threads),end(threads),[&operation](auto& val) { val = std::thread{operation}; });
     std::cout << "Incrementing Counter (" << std::setw(3) << counter.value() << ") concurrently...";
     for (auto& t : threads)
     {
          t = std::thread{operation};
     }

     for (auto& t : threads)
          t.join();
     std::cout << " new value == " << counter.value() << '\n';

     auto second_operation = [&counter]()
     {
          for (std::size_t i = 0; i < 125; ++i)
          {
               try
               {
                    counter.decrement();
               }
               catch(const std::exception& e)
               {
                    std::cerr << "\n***Exception while trying to decrement : " << e.what() << "***\n";
               }
          }
     };

     std::cout << "Decrementing Counter (" << std::setw(3) << counter.value() << ") concurrently...";
     for (auto& t : threads)
          t = std::thread{second_operation};
     for (auto& t : threads)
          t.join();
     std::cout << " new value == " << counter.value() << '\n';

     return 0;

异常处理似乎按预期工作，并且我理解它的方式 std::lock_guard 应该保证一旦 lock_guard 超出范围就解锁互斥量。

然而，它似乎比这更复杂。虽然递增正确地导致最终值为“500”，但递减(本应为“0”)却没有结果。结果将介于“0”和“16”之间。

如果时间发生变化，例如通过使用 valgrind，它似乎每次都能正常工作。

我能够查明问题出在 std::lock_guard 的使用上。如果我这样定义 decrement() 函数:

      void decrement() noexcept
      {
           mutex_.lock();
           --value_;                      // possible underflow
           mutex_.unlock();
      }

一切正常(只要没有下溢)。但是一旦我做了一个简单的改变:

      void decrement() noexcept
      {    
           std::lock_guard<std::mutex>{mutex_};
           --value_;                      // possible underflow
      }

行为就像我上面描述的那样。我想我并没有真正理解 std::lock_guard 的行为和用例。如果您能指出正确的方向，我将不胜感激!

程序通过 clang++ -std=c++14 -stdlib=libc++ *.cpp -pthread 编译。

Answer 1

std::lock_guard<std::mutex>{mutex_};不创建本地。它创建一个临时文件，在语句结束时销毁。这意味着您的值(value)不受锁的保护。锁守卫必须是本地的:

void decrement() noexcept
{    
   std::lock_guard<std::mutex> guard {mutex_};
   --value_;                      // possible underflow
}