如何实现STL容器

这篇文章主要介绍了如何实现STL容器的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇如何实现STL容器文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。

无锁对象（lock-free object）的正式定义如下 [Her91]：判断一个共享对象是否为无锁类型（非阻塞对象），就看它是否能确保一些线程在有限的系统步骤中完成某个操作，并且与其他线程的操作结果无关（即便其它线程操作没有成功）。一个更加严格的非等待对象（wait-free object）是这样定义的：判断某个对象是否为非等待，就看每个线程是否是在有限的步骤中完成了在该对象上的操作。无锁的条件是至少保证一个线程完成任务，而更苛刻的非等待条件则是要保证所有的线程都能成功完成任务。线性化（linearizability）在竞争数据结构上也有理论性的定义[Her90]，作为一种标准，在验证无锁算法正确性方面，发挥着重要作用。简而言之，算法是否为线性化的，就看算法完成之后的操作结果是否显而易见，不言自明。举个例子来说，只要插入函数完成，列表插入操作的结果就显而易见的。听起来很白痴，但没有人能想出某个算法做了一个列表插入，却不是线性化。再譬如，各种类型的缓存可能违反这种特性：我们先将一个新元素放入缓存中而非直接插入，接着命令其它线程“将该缓存中的此元素插入列表中”，直到此元素插入进去。或者只有当缓存中有相当数量的元素时，我们才做一次插入。那么插入函数执行完毕，我们依旧不能保证此元素在列表中。可以确定的是，此元素迟早会被插入到列表中。

下面是一个非常简单的代码实现：

structNode{

Node*m_pNext;

};

classqueue{

Node*m_pHead;

Node*m_pTail;

public:

queue():m_pHead(NULL),m_pTail(NULL){}

voidenqueue(Node*p)

{

p->m_pNext=m_pTail;

m_pTail=p;

if(!m_pHead)

m_pHead=p;

}

Node*dequeue()

{

if(!m_pHead)returnNULL;

Node*p=m_pHead;

m_pHead=p->m_pNext;

if(!m_pHead)

m_pTail=NULL;

returnp;

}

};

甚至可以写得更简短一点，这就是无锁 Michael&Scott 队列经典算法实现。它看起来就像入队、出对方法（和压栈、弹出的意思相同）。（代码是libcds库类cds::intrusive::MSQueue简化版）

boolenqueue(value_type&val)

{

node_type*pNew=node_traits::to_node_ptr(val);

typenamegc::Guardguard;

back_offbkoff;

node_type*t;

while(true){

t=guard.protect(m_pTail,node_to_value());

node_type*pNext=t->m_pNext.load(memory_model::memory_order_acquire);

if(pNext!=null_ptr<node_type*>()){

// Tail is misplaced, advance it

m_pTail.compare_exchange_weak(t,pNext,memory_model::memory_order_release,

CDS_ATOMIC::memory_order_relaxed);

continue;

}

node_type*tmp=null_ptr<node_type*>();

if(t->m_pNext.compare_exchange_strong(tmp,pNew,memory_model::memory_order_release,

CDS_ATOMIC::memory_order_relaxed))

{

break;

}

bkoff();

}

++m_ItemCounter;

m_pTail.compare_exchange_strong(t,pNew,memory_model::memory_order_acq_rel,

CDS_ATOMIC::memory_order_relaxed);

returntrue;

}

value_type*dequeue()

{

node_type*pNext;

back_offbkoff;

typenamegc::templateGuardArray<2>guards;

node_type*h;

while(true){

h=guards.protect(0,m_pHead,node_to_value());

pNext=guards.protect(1,h->m_pNext,node_to_value());

if(m_pHead.load(memory_model::memory_order_relaxed)!=h)

continue;

if(pNext==null_ptr<node_type*>())

returnNULL;// empty queue

node_type*t=m_pTail.load(memory_model::memory_order_acquire);

if(h==t){

// It is needed to help enqueue

m_pTail.compare_exchange_strong(t,pNext,memory_model::memory_order_release,

CDS_ATOMIC::memory_order_relaxed);

continue;

}

if(m_pHead.compare_exchange_strong(h,pNext,

memory_model::memory_order_release,CDS_ATOMIC::memory_order_relaxed))

{

break;

}

bkoff();

}

--m_ItemCounter;

dispose_node(h);

returnpNext;

}

这是一个很复杂的算法，相同的单向链表。不过即使大体比较一下，也能看出无锁队列的一些特征。在无锁队列中，我们可以找到如下描述：

无限循环：稍后我们会尝试执行这个操作，这是一个实现了原子性操作compare_exchange的典型模式；

局部变量的安全性（guards），需借助于无锁算法中安全内存收回方法。本例中，为风险指针（Hazard Pointers）方法；

采用C++11标准的原子性原语：load、compare_exchange以及内存栅栏（memory fences）memory_order_xxx;

helping ：一种广泛存在于无锁算法中的方法，特别是在一个线程帮助其它线程去执行任务场景中；

补偿策略（functor bkoff）： 这不是必须的，但可以在连接很多的情况下缓解处理器的压力，尤其是多个线程逐个地调用队列时。

关于“如何实现STL容器”这篇文章的内容就介绍到这里，感谢各位的阅读！相信大家对“如何实现STL容器”知识都有一定的了解，大家如果还想学习更多知识，欢迎关注博信行业资讯频道。