Question

据我所知，为避免输出混合，必须同步多个线程对cout和cerr的访问。在同时使用cout和cerr的程序中，单独锁定它们是否足够？或者同时写cout和cerr仍然不安全？

编辑说明：我知道cout和cerr在C ++ 11中是“线程安全的”。我的问题是，cout的写入和不同线程的cerr写入是否会以两次写入cout的方式相互干扰（导致交错输入等）。

Answer 1

如果执行此功能：

void f() {
    std::cout << "Hello, " << "world!\n";
}

从多个线程中，您将获得两个字符串"Hello, "和"world\n"的或多或少的随机交错。那是因为有两个函数调用，就像你编写了这样的代码：

void f() {
    std::cout << "Hello, ";
    std::cout << "world!\n";
}

要防止交错，您必须添加一个锁：

std::mutex mtx;
void f() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    std::cout << "Hello, " << "world!\n";
}

也就是说，交错问题与cout 无关。它是关于使用它的代码：有两个单独的函数调用插入文本，所以除非你阻止多个线程同时执行相同的代码，否则在函数调用之间有一个线程切换的可能性，这就是给你的交错。

请注意，互斥锁不会阻止线程切换。在上面的代码段中，它可以防止同时从两个线程执行 f()的内容;其中一个线程必须等到另一个完成。

如果您也写入cerr，则会遇到相同的问题，除非您确保从未有两个线程进行这些插入器函数调用，否则您将获得交错输出同时，这意味着两个函数必须使用相同的互斥锁：

std::mutex mtx;
void f() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    std::cout << "Hello, " << "world!\n";
}

void g() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    std::cerr << "Hello, " << "world!\n";
}

Answer 2

在C ++ 11中，与C ++ 03不同，是对全局流对象（cout，cin，cerr和clog的插入和提取）线程安全。无需提供手动同步。但是，有可能由不同线程插入的字符在输出时会不可预测地交错;类似地，当多个线程从标准输入读取时，哪个线程将读取哪个令牌是不可预测的。

默认情况下，全局流对象的线程安全性处于活动状态，但可以通过调用流对象的sync_with_stdio成员函数并将false作为参数传递来关闭它。在这种情况下，您必须手动处理同步。

Answer 3

可能同时写入cout和cerr是不安全的！这取决于是否将cout 绑定与cerr相关。请参阅std::ios::tie。

“绑定的流是以前刷新的输出流对象此流对象中的每个i / o操作。“

这意味着，cout.flush（）可能被写入cerr的线程无意中调用。我花了一些时间才弄明白，这就是我的一个项目中cout输出中随机遗漏行结尾的原因：（

使用C ++ 98 cout不应该与cerr绑定。但是，尽管使用MSVC 2008（我的经验），它仍然是标准。使用以下代码时一切正常。

std::ostream *cerr_tied_to = cerr.tie();
if (cerr_tied_to) {
    if (cerr_tied_to == &cout) {
        cerr << "DBG: cerr is tied to cout ! -- untying ..." << endl;
        cerr.tie(0);
    }
}

另请参阅：why cerr flushes the buffer of cout

Answer 4

这里已有几个答案。我将总结并解决它们之间的相互作用。

典型地，

std::cout和std::cerr通常会汇集到一个文本流中，因此将它们锁定在一起会产生最有用的程序。

如果您忽略了该问题，默认情况下cout和cerr会将其stdio对应方（它们是线程安全的as in POSIX别名，直至标准I / O函数（C ++14§27.4.1/ 4，比单独的C更强的保证）。如果您坚持使用这些函数，则会获得垃圾I / O，但不会出现未定义的行为（语言律师可能会将其与“线程安全”联系起来，而不管其是否有用）。

但是，请注意，虽然标准格式化I / O函数（例如读取和写入数字）是线程安全的，但操纵器可以更改格式（例如std::hex为十六进制或std::setw为限制输入字符串大小）不是。因此，人们通常不能认为省略锁是安全的。

如果您选择单独锁定它们，事情会更复杂。

单独锁定

对于性能，可以通过分别锁定cout和cerr来减少锁争用。它们是单独缓冲的（或无缓冲的），它们可以刷新到单独的文件中。

默认情况下，cerr会在每次操作前刷新cout，因为它们是“绑定的”。这会破坏分离和锁定，所以记得在做任何事情之前调用cerr.tie( nullptr )。（这同样适用于cin，但不适用于clog。）

与`stdio`

分离

标准规定cout和cerr上的操作不会引入比赛，但这并不完全是它的意思。流对象并不特殊;他们的基础streambuf缓冲区是。

此外，调用std::ios_base::sync_with_stdio旨在删除标准流的特殊方面 - 允许它们像其他流一样进行缓冲。尽管该标准未提及sync_with_stdio对数据竞争的任何影响，但快速查看libstdc ++和libc ++（GCC和Clang）std::basic_streambuf类表明它们不使用原子变量，因此它们可能用于缓冲时创建竞争条件。（另一方面，libc ++ sync_with_stdio实际上什么都不做，所以如果你调用它并不重要。）

如果你想要额外的性能而不管锁定，sync_with_stdio(false)是个好主意。但是，执行此操作后，如果锁是分开的，则需要锁定cerr.tie( nullptr )。

Answer 5

这可能很有用;）

inline static void log(std::string const &format, ...) {
    static std::mutex locker;

    std::lock_guard<std::mutex>(locker);

    va_list list;
    va_start(list, format);
    vfprintf(stderr, format.c_str(), list);
    va_end(list);
}

Answer 6

我使用这样的东西：

// Wrap a mutex around cerr so multiple threads don't overlap output
// USAGE:
//     LockedLog() << a << b << c;
// 
class LockedLog {
public:
    LockedLog() { m_mutex.lock(); }
    ~LockedLog() { *m_ostr << std::endl; m_mutex.unlock(); }

    template <class T>
    LockedLog &operator << (const T &msg)
    {
        *m_ostr << msg;
        return *this;
    }

private:
    static std::ostream *m_ostr;
    static std::mutex m_mutex;
};

std::mutex LockedLog::m_mutex;
std::ostream* LockedLog::m_ostr = &std::cerr;

iostream线程安全，必须cout和cerr分开锁定？

6 个答案:

典型地，

单独锁定

与`stdio`

iostream线程安全，必须cout和cerr分开锁定？

6 个答案:

典型地，

单独锁定

与stdio

与`stdio`