C++内存模型是否对构造函数的操作提供保证？

Question

C++内存模型是否对构造函数的操作提供保证？

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如何确保在C++中新构造的不可变对象在线程之间安全共享？C++内存模型是否提供有关构造函数操作的保证？

当您有多个共享访问对象的线程，并且对象被修改时，可能会出现竞争条件。可以通过将对象“安全发布”到所有线程（包括所有可能的未来线程），以便从任何线程对对象的所有后续访问看到相同的对象状态，然后避免修改对象来避免这些问题。在没有使用锁（互斥体）的情况下，后续对对象的访问将不受竞争条件的影响。在极端情况下，该对象是不可变的：一旦构造，就不再改变。因此，在多线程程序中尽可能地使用不可变对象的习惯用法存在。

这仍然需要在构造函数执行代码后安全地发布对象。构造函数执行的代码将值分配给内存位置，但这些写入的值可能（最初）仅存在于CPU的本地缓存中。其他访问这些内存位置的线程可能会看到旧值，这些旧值记录在这些内存位置上（例如，由malloc设置的0x00字节模式）。必须有一种机制来刷新本地缓存并使其他CPU的缓存失效，以覆盖新构造的对象所涵盖的内存位置。

当使用高级便携式编程语言（如C ++）进行编程时，您不必关心缓存和缓存刷新的详细信息。相反，该语言提供了一组保证（内存模型），您必须根据某些习惯用法编写代码以可靠地实现您的目标。

在Java中，这是通过遵循类设计中的一些规则（简化来说：使所有内容final，这有点像C++中的const）自动完成的，Java内存模型保证会产生期望的效果。这可能是通过在构造函数代码执行后立即设置内存屏障来实现的。

在C++11中如何实现呢？C++内存模型是否提供有关构造函数操作的保证，使您能够自动发布新构造的对象？如果是这样，那么您类的规则是什么？如果不是，而且您必须自己添加内存屏障（就像.Net一样），那么是否有一种习惯用法可以在构造后高效地发布对象？

或者C++11没有提供对不可变对象的线程安全无锁访问？必须使用互斥锁来保护对共享对象（不管是不是不可变的）的所有访问吗？

- Raedwald

可能相关的阅读材料：http://en.cppreference.com/w/cpp/atomic/memory_order - Jesper Juhl

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C++不允许在不同线程中同时进行非同步访问的情况下修改对象。除此之外，其他操作都是可以的。如果没有人更改对象，则每个人都可以安全地访问它。显然，在对象正在构建时，从不同的线程访问它是不可取的。 - n. m.

@n.m. “不允许”是什么意思 - 据我所知，没有语言机制可以阻止您这样做 - 它只是读取线程的未定义行为。 - R2RT

@n.m. Ye，我发表评论太快了，然后更新了它。我的观点是你的陈述听起来好像C++本身可以阻止你（检测到它，抛出异常等）同时进行读写，这意味着它具有内置的同步功能。我们都知道这不是真的。 - R2RT

我不认为这个问题的本质，“C++内存模型是否提供有关构造函数操作的保证？”太宽泛了。 - Raedwald

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1个回答

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- MSalters · Answer 1

有两种主要情况：

在创建对象之后，有序地创建读取线程
在创建对象之后没有有序地创建读取线程

在情况1中，由于线程的读取是在线程本身创建之后有序进行的，因此自动保证了对对象的读取访问安全。

在情况2中，您必须以某种方式对读取进行排序，正是因为线程创建不提供顺序。很明显，如果读取不是在对象创建之后有序进行的，那么事情就会出错。

您的问题涉及CPU缓存等细节。这是编译器编写者的关注点。您只需要遵守C++的排序规则即可。