Параллельное программирование на С++ в действии — страница 7 из 53

, то владение объектом big_object передается объекту во внутренней памяти вновь созданного потока, а затем функции process_big_object.

В стандартной библиотеке Thread Library есть несколько классов с такой же семантикой владения, как у std::unique_ptr, и std::thread — один из них. Правда, экземпляры std::thread не владеют динамическими объектами, как std::unique_ptr, зато они владеют ресурсами: каждый экземпляр отвечает за управление потоком выполнения. Это владение можно передавать от одного экземпляра другому, поскольку экземпляры std::threadперемещаемые, хотя и не копируемые. Тем самым гарантируется, что в каждый момент времени с данным потоком будет связан только один объект, но в то же время программист вправе передавать владение от одного объекта другому

2.3. Передача владения потоком

Предположим, что требуется написать функцию для создания потока, который должен работать в фоновом режиме, но при этом мы не хотим ждать его завершения, а хотим, чтобы владение новым потоком было передано вызывающей функции. Или требуется сделать обратное — создать поток и передать владение им некоторой функции, которая будет ждать его завершения. В обоих случаях требуется передать владение из одного места в другое.

Именно здесь и оказывается полезной поддержка классом std::thread семантики перемещения. В предыдущем разделе отмечалось, что в стандартной библиотеке С++ есть много типов, владеющих ресурсами, например std::ifstream и std::unique_ptr, которые являются перемещаемыми, но не копируемыми, и один из них — std::thread. Это означает, что владение потоком можно передавать от одного экземпляра std::thread другому, как показано в примере ниже. В нем создается два потока выполнения, владение которыми передается между тремя объектами std::thread: t1, t2 и t3.

void some_function();
void some_other_function();

std::thread t1(some_function);         ←(1)std::thread t2 = std::move(t1);        ←(2)t1 = std::thread(some_other_function); ←(3)std::thread t3;     ←(4)t3 = std::move(t2); ←(5)t1 = std::move(t3); ←(6) Это присваивание приводит;                       к аварийному завершению программы

Сначала создастся новый поток (1) и связывается с объектом t1. Затем владение явно передается объекту t2 в момент его конструирования путем вызова std::move()(2). В этот момент с t1 уже не связан никакой поток выполнения: поток, в котором исполняется функция some_function, теперь связан с t2.

Далее создается еще один поток, который связывается с временным объектом типа std::thread(3). Для последующей передачи владения объекту t1 уже не требуется явный вызов std::move(), так как владельцем является временный объект, а передача владения от временных объектов производится автоматически и неявно.

Объект t3 конструируется по умолчанию (4), а это означает, что в момент создания с ним не связывается никакой поток. Владение потоком, который в данный момент связан с t2, передастся объекту t3(5), опять-таки путем явного обращения к std::move(), поскольку t2 — именованный объект. После всех этих перемещений t1 оказывается связан с потоком, исполняющим функцию some_other_function, t2 не связан ни с каким потоком, a t3 связан с потоком, исполняющим функцию some_function .

Последнее перемещение (6) передает владение потоком, исполняющим some_function, обратно объекту t1, в котором исполнение этой функции началось. Однако теперь с t1 уже связан поток (который исполнял функцию some_other_function), поэтому вызывается std::terminate(), и программа завершается. Так делается ради совместимости с поведением деструктора std::thread. В разделе 2.1.1 мы видели, что нужно либо явно ждать завершения потока, либо отсоединить его до момента уничтожения; то же самое относится и к присваиванию: нельзя просто «прихлопнуть» поток, присвоив новое значение объекту std::thread, который им управляет.

Поддержка операции перемещения в классе std::thread означает, что владение можно легко передать при возврате из функции, как показано в листинге 2.5.

Листинг 2.5. Возврат объекта std::thread из функции

std::thread f() {
 void some_function();
 return std::thread(some_function);
}

std::thread g() {
 void some_other_function(int);
 std::thread t(some_other_function, 42);
 return t;
}

Аналогично, если требуется передать владение внутрь функции, то достаточно, чтобы она принимала экземпляр std::thread по значению в качестве одного из параметров, например:

void f(std::thread t);

void g() {
 void some_function();
 f(std::thread(some_function));
 std::thread t(some_function);
 f(std::move(t));
}

Одно из преимуществ, которые даёт поддержка перемещения в классе std::thread, заключается в том, что мы можем модифицировать класс thread_guard из листинга 2.3, так чтобы он принимал владение потоком. Это позволит избежать неприятностей в случае, когда время жизни объекта thread_guard оказывает больше, чем время жизни потока, на который он ссылается, а, кроме того, это означает, что никто другой не сможет присоединиться к потоку или отсоединить его, так как владение было передано объекту thread_guard. Поскольку основное назначение этого класса гарантировать завершение потока до выхода из области видимости, я назвал его scoped_thread. Реализация и простой пример использования приведены в листинге 2.6.

Листинг 2.6. Класс scoped_thread и пример его использования

class scoped_thread {
 std::thread t;
public:

 explicit scoped_thread(std::thread t_) : ←(1)

 t(std::move(t_)) {

 if (!t.joinable()) ←(2)

  throw std::logic_error("No thread");
 }
 ~scoped_thread() {

  t.join();         ←(3)

 }
 scoped_thread(scoped_thread const&)=delete;
 scoped_thread& operator=(scoped_thread const&)=delete;
};

struct func; ←см. листинг 2.1

void f() {
 int some_local_state;

 scoped_thread t(std::thread(func(some_local_state))); ←(4)

 do_something_in_current_thread();

}                   ←(5)

Этот пример очень похож на приведенный в листинге 2.3, только новый поток теперь передается непосредственно конструктору scoped_thread(4), вместо того чтобы создавать для него отдельную именованную переменную. Когда новый поток достигает конца f(5), объект scoped_thread уничтожается, а затем поток соединяется (3) с потоком, переданным конструктору (1). Если в классе thread_guard из листинга 2.3 деструктор должен был проверить, верно ли, что поток все еще допускает соединение, то теперь мы можем сделать это в конструкторе