向量引用运算符 [] 是线程安全的吗？

Posted 2023-02-22

【中文标题】向量引用运算符 [] 是线程安全的吗？

【英文标题】：Is the vector reference operator[] threadsafe for writing?

【发布时间】：2020-04-27 22:38:55

【问题描述】：

假设我有以下代码 sn-p。

// Some function decleration
void generateOutput(const MyObj1& in, MyObj2& out);

void doTask(const std::vector<MyObj1>& input, std::vector<MyObj2>& output) 

    output.resize(input.size());

    // Use OpenMP to run in parallel

#pragma omp parallel for
    for (size_t i = 0; i < input.size(); ++i) 
        generateOutput(input[i], output[i]);
    

上述威胁安全吗？ 我主要关心写信给output[i]。 我需要某种锁定吗？还是没有必要？ 例如：

// Some function prototype
void generateOutput(const MyObj1& in, MyObj2& out);

void doTask(const std::vector<MyObj1>& input, std::vector<MyObj2>& output) 

    output.resize(input.size());

    // Use OpenMP to run in parallel

#pragma omp parallel for
    for (size_t i = 0; i < input.size(); ++i) 
        MyObj2 tmpOutput;
        generateOutput(input[i], tmpOutput);
#pragma omp critical
        output[i] = std::move(tmpOutput);
    

我不担心阅读部分。正如this 回答中提到的，看起来阅读input[i] 是线程安全的。

【参考方案1】：

output[i] 不写信给output。这只是对std::vector<MyObj2>::operator[] 的调用。它返回一个未命名的MyObj2&，然后用于调用generateOutput。后者是写入发生的地方。

我假设generateOutput 本身是线程安全的，MyObj2 也是，因为我们没有代码。所以在generateOutput 中写入MyObj2& 也是线程安全的。

因此，所有部分都是线程安全的。

【参考方案2】：

只要保证线程对完全独立的项目进行操作（即，没有某种同步，不同的不同线程不会访问任何项目）这是安全的。

由于您使用的是简单的并行 for 循环，其中每个项目仅被访问一次，因此这是安全的。

【参考方案3】：

要不对 std::vector 的实现做任何假设，您可以如下修改代码以使其成为线程安全的（指针地址将根据定义指向内存中的不同区域，因此是线程安全的）

// Some function decleration
void generateOutput(const MyObj1& in, MyObj2 *out); // use raw data pointer for output

void doTask(const std::vector<MyObj1>& input, std::vector<MyObj2>& output) 

    output.resize(input.size());

    // Use OpenMP to run in parallel


    auto data = output.data() ;// pointer on vector underlying data outside of OMP threading

    #pragma omp parallel for
    for (size_t i = 0; i < input.size(); ++i) 
        generateOutput(input[i], &data[i]); // access to distinct data elements  ie addresses (indexed by i only in from each omp thred)
    

【讨论】：

在这种情况下，指针与引用有何不同？您不需要对std::vector 的实现做出假设。对容器中不同元素的安全访问源于标准（26.2.2.2，C++17）

你好。指针直接引用内存中的地址，因此如果指针不同，您就知道并发访问内存中的相同内容没有风险。由于向量方法的唯一使用是在多线程循环之外完成的，因此您知道无论 std::vector[i] 以何种方式实现都是安全的。但是我同意标准说它是安全的，所以引用或指针使用是等效的，前提是编译器/标准实现没有错误

1) 仅仅因为指针值不同，不是否暗示线程安全访问（别名，OpenMP 内存模型）。 2) 指针和引用没有区别，对这种特殊情况有任何影响（参见***.com/a/57492/620382）

在提供的示例中不能使用指针别名。我只是在回答这个例子。我不是在谈论引用与指针，而是在谈论 openmp 线程中向量方法的使用与否。如果没有从循环中调用 std::vector 方法，则对 std::vector 数据的访问是在所提供示例的上下文中是安全的。

好的，我明白了，感谢您的澄清。附言您需要交换 #pragma omp parallel for 和 data = .. 并添加 ; 以使代码正确。