c++ - 虚拟表创建线程安全吗？

问题描述

请让我开始，我知道从构造函数/析构函数中调用虚函数是一种不好的做法。然而，这样做的行为，尽管它可能会令人困惑或不是用户所期望的，但仍然是明确定义的。

struct Base
{
    Base()
    {
        Foo();
    }
    virtual ~Base() = default;
    virtual void Foo() const
    {
        std::cout << "Base" << std::endl;
    }
};

struct Derived : public Base
{
    virtual void Foo() const
    {
        std::cout << "Derived" << std::endl;
    }
};

int main(int argc, char** argv) 
{
    Base base;
    Derived derived;
    return 0;
}

Output:
Base
Base

现在，回到我真正的问题。如果用户从不同线程的构造函数中调用虚函数会发生什么。有比赛条件吗？它是未定义的吗？或者换句话说。由编译器设置 vtable 是否是线程安全的？

例子：

struct Base
{
    Base() :
        future_(std::async(std::launch::async, [this] { Foo(); }))
    {
    }
    virtual ~Base() = default;

    virtual void Foo() const
    {
        std::cout << "Base" << std::endl;
    }

    std::future<void> future_;
};

struct Derived : public Base
{
    virtual void Foo() const
    {
        std::cout << "Derived" << std::endl;
    }
};

int main(int argc, char** argv) 
{
    Base base;
    Derived derived;
    return 0;
}

Output:
?

标签： c++language-lawyerrace-conditionobject-lifetime

首先，摘录一些与此上下文相关的标准摘录：

[defns.dynamic.type]

glvalue 所指的最派生对象的类型 [示例：如果p静态类型为“指向类的指针”的指针指向派生自B的类的对象，则表达式的动态类型为“ ”。参考文献的处理方式类似。——结束示例]DB*pD

[intro.object] 6.7.2.1

[..] 一个对象有一个类型。有些对象是多态的；该实现生成与每个此类对象相关联的信息，从而可以在程序执行期间确定该对象的类型。

[class.cdtor] 11.10.4.4

可以在构造或销毁期间调用成员函数，包括虚函数。当从构造函数或析构函数直接或间接调用虚函数时，包括在类的非静态数据成员的构造或销毁期间，并且调用适用的对象是正在构造的对象（称为 x ）或破坏，调用的函数是构造函数或析构函数类中的最终覆盖者，而不是在派生更多的类中覆盖它。[..]

正如您所写，它明确定义了构造函数/析构函数中的虚函数调用如何工作 - 它们取决于对象的动态类型，以及与对象关联~~的动态类型~~信息，并且该信息在执行过程中发生变化。您使用哪种指针来“查看对象”无关紧要。考虑这个例子：

struct Base {
  Base() {
    print_type(this);
  }

  virtual ~Base() = default;

  static void print_type(Base* obj) {
      std::cout << "obj has type: " << typeid(*obj).name() << std::endl;
  }
};

struct Derived : public Base {
  Derived() {
    print_type(this);
  }
};

print_type总是收到一个指向的指针Base，但是当您创建一个实例时，Derived您会看到两行 - 一行带有“Base”，另一行带有“Derived”。动态类型在构造函数的最开始设置，因此您可以调用虚函数作为成员初始化的一部分。

它没有指定如何或在何处存储此信息，但它与对象本身相关联。

[..] 实现生成与每个此类对象相关联的信息 [..]

为了更改动态类型，必须更新此信息。这可能是编译器引入的一些数据，但对这些数据的操作仍然被内存模型覆盖：

[intro.memory] 6.7.1.3

内存位置要么是标量类型的对象，要么是相邻位域的最大序列，所有位域的宽度均非零。[注意：语言的各种特性，例如引用和虚函数，可能涉及程序无法访问但由实现管理的额外内存位置。——尾注]

因此，与对象相关的信息在某个内存位置进行存储和更新。但那是发生了数据竞争：

[介绍.races]

[..]
如果其中一个修改了内存位置，而另一个读取或修改了相同的内存位置，则两个表达式计算会发生冲突。
[..]
如果程序的执行包含两个潜在的并发冲突动作，则程序的执行包含数据竞争，其中至少一个不是原子的，并且两者都不会在另一个之前发生 [..]

动态类型的更新不是原子的，并且由于没有其他同步可以强制执行先发生顺序，因此这是数据竞争，因此是 UB。

即使更新是原子的，只要构造函数还没有完成，你仍然无法保证对象的状态，所以没有必要让它成为原子的。

更新

从概念上讲，感觉就像对象在构造和销毁过程中呈现出不同的类型。但是，@LanguageLawyer 向我指出，对象的动态类型（更准确地说是指代该对象的泛左值）对应于最衍生的类型，并且这种类型已明确定义并且不会改变。[class.cdtor]还包含有关此细节的提示：

[..] 调用的函数是构造函数或析构函数类中的最终覆盖者，而不是在派生更多的类中覆盖它。

因此，即使虚函数调用和 typeid 运算符的行为被定义为对象具有不同的类型，但实际上并非如此。

也就是说，为了实现指定的行为，必须更改对象状态中的某些内容（或至少与该对象关联的某些信息）。正如[intro.memory]中所指出的，这些额外的内存位置确实是内存模型的主题。所以我仍然坚持我最初的评估，即这是一场数据竞赛。

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