c++ - 通过订购 std::mutex 避免死锁

Question

这里是否有死锁避免逻辑的可移植实现(参见标记为“不可移植”的部分):

#include <cstdint>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

typedef long Money; //In minor unit.

class Account {
public:
    bool transfer(Account& to,const Money amount);
    Money get_balance() const;
    Account(const Money deposit=0) : balance{deposit} {}
private:
    mutable std::mutex lock;
    Money balance;
};

bool Account::transfer(Account& to,const Money amount){
    std::unique_lock<decltype(this->lock)> flock{this->lock,std::defer_lock};
    std::unique_lock<decltype(to.lock)> tlock{to.lock,std::defer_lock};
//NON-PORTABLE:BEGIN: using intptr_t AND assuming Total Strict Order.
    const auto fi{reinterpret_cast<const std::intptr_t>(static_cast<const void*>(&this->lock))};
    const auto ti{reinterpret_cast<const std::intptr_t>(static_cast<const void*>(&to.lock))};
    if(fi<ti){
        flock.lock();
        tlock.lock();
    } else if (fi!=ti) {
        tlock.lock();
        flock.lock();
    } else {
        flock.lock();
    }
//NON-PORTABLE:END  
    this->balance-=amount;
    to.balance+=amount;
    return true;
}

Money Account::get_balance() const{
    const std::lock_guard<decltype(this->lock)> guard{this->lock};
    return this->balance;
}

void hammer_transfer(Account& from,Account& to,const Money amount, const int tries){
    for(int i{1};i<=tries;++i){
        from.transfer(to,amount);
    }
}

int main() {
    constexpr Money open_a{ 200000L};
    constexpr Money open_b{ 100000L};
    constexpr Money tran_ab{10};
    constexpr Money tran_ba{3};
    constexpr Money tran_aa{7};

    Account A{open_a};
    Account B{open_b};
    
    std::cout << "A Open:" << A.get_balance() << '\n';
    std::cout << "B Open:" << B.get_balance() << '\n';
    
    constexpr long tries{20000}; 
    std::thread TAB{hammer_transfer,std::ref(A),std::ref(B),tran_ab,tries};
    std::thread TBA{hammer_transfer,std::ref(B),std::ref(A),tran_ba,tries};
    std::thread TAA{hammer_transfer,std::ref(A),std::ref(A),tran_aa,tries};

    TAB.join();
    TBA.join();
    TAA.join();

    const auto close_a{A.get_balance()};
    const auto close_b{B.get_balance()};   
    
    std::cout << "A Close:" << close_a<< '\n';
    std::cout << "B Close:" << close_b<< '\n';
    
    int errors{0};
    if((close_a+close_b)!=(open_a+open_b)){
        std::cout << "ERROR: Money Leaked!\n";
        ++errors;
    }
    if(close_a!=(open_a+tries*(tran_ba-tran_ab)) ||
          close_b!=(open_b+tries*(tran_ab-tran_ba))
    ){
        std::cout << "ERROR: 'Lost' Transaction(s)\n";
        ++errors;
    }
    if(errors==0){
        std::cout << "* SUCCESS *\n";
    }else{
        std::cout << "** FAILED **\n";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

可在此处运行: https://ideone.com/hAUfhM
这些假设是(我相信足够了——有人吗？) intptr_t存在并且 intptr_t 上的关系运算符暗示对它们所代表的指针值的完全严格排序。
假设的排序并不能保证，并且可能不如指针排序的不可移植性那么可移植(例如，如果 intptr_t 比指针宽，并且并非所有位都被写入)。
我知道关于这个和其他设计的一些不同的即兴演奏。
即使不是可移植的，我也会支持所有好的答案，这些答案可以确定他们对实现的假设，理想情况下是他们适用的平台，最好是他们不适用的平台!

Answer 1

tl;博士 - 您可以在 C++20 中进行原始指针比较。我可能会将该代码包装成 scoped_ordered_lock或其他东西，因为代码仍然有点毛茸茸。

The assumptions are (and I believe sufficient – anyone?) that intptr_t exists and that the relational operators on intptr_t imply a Total Strict Ordering on values when holding values cast from valid non-null pointers to std::mutex.

不准确。你总是对整数值有一个完全严格的顺序。当从 intptr_t 映射时出现问题to 指针是多对一的(分段地址示例 here 就是这种情况 - 即 intptr_t 上的 TSO 是不够的)。
指向 intptr_t 的指针映射也必须是单射的(它不必是双射，因为我们不关心某些 intptr_t 值是否未使用/不代表有效指针)。
无论如何，很明显可以存在对指针的完全严格排序:它只是特定于实现的。分段地址可以规范化或展平等。
幸运的是，提供了一个合适的实现定义的完全严格排序:由 3-way functor std::compare_three_way 在 C++20 中，通过 2-way 仿函数 less , greater等在 C++20 之前(也可能在 C++20 中)。
implementation-defined strict total order over pointers 没有对应的语言。在关于 spaceship operator 的文本中- 即使 compare_three_way被描述为调用那个 - 或关于其他关系运算符。
这似乎是故意的，因此内置运算符 < , > , , <= , >= , 和 <=>不要获得在某些平台上可能很昂贵的新约束。实际上，2 路关系运算符被明确描述为 partial order关于指针。
因此，这应该与您的原始代码相同，但可移植性除外:

const auto order = std::compare_three_way{}(&this->lock, &to.lock);
if(order == std::strong_ordering::less){
    flock.lock();
    tlock.lock();
} else if (order == std::strong_ordering::greater) {
    tlock.lock();
    flock.lock();
} else {
    flock.lock();
}

笔记

自 C++20 起 (特别是 PDF:P1961R0)，[ comparisons.general ] 说

For templates less, greater, less_­equal, and greater_­equal, the specializations for any pointer type yield a result consistent with the implementation-defined strict total order over pointers

这是一个较弱的要求，允许他们提供部分订单，只要它永远不会与总订单不一致。这是否是故意削弱尚不清楚，还是只是想说他们必须执行其他地方定义的相同的总订单。

C++20 之前 less等确实需要这些仿函数的总顺序。

无论如何，如果您无权访问 C++20 和 compare_three_way , 你的 less等保证提供您需要的总订购量。只是不要依赖原始的关系运算符。