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C++ 泛型事务、异常保证与并发所有权 ​

本轮仅全文静态复核，示例未执行；此前工具链记录不证明本轮修订测试已经运行。

前置是值语义和RAII。本篇使用C++20、Zig0.15.2的Clang与配套标准库，不要求先学C。目标是能解释模板的编译约束、异常后的状态、跨线程的数据归属，并用测量决定是否并行。

约束、实例化与类型推导 ​

模板是一组在使用处实例化的声明，不是运行时动态派发。F可代表函数指针、lambda或函数对象；F&要求可在同一个对象上多次调用。std::invocable检查调用表达式是否有效，convertible_to检查结果可转换为int，它们不证明回调无副作用、无异常或数值不越界。把参数设成std::function<int(int)>会引入类型擦除；需要不同类型回调在同一容器存放时才值得考虑。

auto推导通常丢弃引用和顶层const；auto next = values产生独立副本，auto& next = values却会直接修改原数据。本项目要求前者。模板定义放头文件，调用方需要看到定义才能实例化；只把声明放头文件而定义藏在.cpp里，通常需要显式实例化预定类型，否则链接失败。

约束错误演示：在测试入口中调用transform_commit(values, [](const std::string& s){ return s; });，应编译非零失败；它不满足接受int的约束。错误信息因编译器版本不同，判断约束不满足而非匹配一整段诊断文本。

异常保证与提交边界 ​

基本保证是失败后对象仍有效、不泄漏资源；强保证是失败不改变可观察状态；不抛保证是操作不会通过异常退出。本函数先复制，再在副本上转换，全部成功后vector<int>以默认分配器交换，因此给values强保证。回调修改外部文件或计数器的副作用不被回滚，说明保证的对象范围很重要。

复制或回调可能抛异常，局部vector自动析构。析构函数不应抛异常；异常展开时再抛会终止程序。随意把整个转换标为noexcept会把本可捕获的失败变成std::terminate。移动也不自动无异常；泛型容器会根据类型的移动/复制保证选择策略。

线程、借用与可见性 ​

C++ 并发所有权要区分任务拥有数据、future 的 get 方法等待结果与 shared_ptr 共享对象生命三种职责；std::launch::async控制启动策略，不能代替被指向对象的同步。

parallel_sum按值接收vector，再把右半分片移动进任务闭包。每个线程独占自己的一段，避免悬空引用和并发修改共享容器。std::launch::async明确要求异步执行；默认策略允许延迟执行，不能用它证明真实并行。future.get()等待结果并把任务异常传给调用线程；成功结束也建立结果可见性。

不能把[&values]当成性能优化直接替换：任务若跨出拥有者生存期会悬空，同时写容器会产生数据竞争。shared_ptr只共享所有权，引用计数安全不等于被指向对象的字段安全；unique_ptr明确单一所有者。原子变量适合简单状态，多个字段的不变式通常用互斥锁；memory_order_relaxed不发布旁边非原子字段。先用锁和RAII建立正确性，再凭证据缩小临界区。

此示例接收一般int值，累计用long long减少小输入溢出风险，但极端长度仍可能超出范围；示范输入限制为最多100000项、每项绝对值不超过1000000。生产接口应在边界检查数量和值或使用可检测的加法，不把“换成64位”写成无限安全。线程创建和任务分配也可能失败，异常由调用方捕获。

完整项目与故障测试 ​

examples/cpp/transaction/包含一个头文件、成功测试入口test.cpp、后文测量入口benchmark.cpp，以及有意不满足约束的独立reject.cpp；无第三方依赖。test.cpp验证翻倍、回调中途抛错后原值不变、空输入和带负数分片。

cpp
#ifndef LEARNING_TRANSACTION_HPP
#define LEARNING_TRANSACTION_HPP
#include <concepts>
#include <future>
#include <functional>
#include <numeric>
#include <type_traits>
#include <utility>
#include <vector>
template<class F>
requires std::invocable<F&, int> && std::convertible_to<std::invoke_result_t<F&, int>, int>
void transform_commit(std::vector<int>& values, F operation) {
    auto next = values;
    for (auto& value : next) value = std::invoke(operation, value);
    values.swap(next);
}
inline long long parallel_sum(std::vector<int> values) {
    const auto middle = values.size() / 2;
    std::vector<int> right(values.begin() + middle, values.end());
    values.resize(middle);
    auto task = std::async(std::launch::async, [part = std::move(right)] {
        return std::accumulate(part.begin(), part.end(), 0LL);
    });
    auto left = std::accumulate(values.begin(), values.end(), 0LL);
    return left + task.get();
}
#endif
cpp
#include "transaction.hpp"
#include <cassert>
#include <iostream>
#include <stdexcept>
int main() {
    std::vector<int> values{1, 2, 3};
    transform_commit(values, [](int x) { return x * 2; });
    assert((values == std::vector<int>{2, 4, 6}));
    try { transform_commit(values, [](int x) { if (x == 4) throw std::runtime_error("bad"); return x + 1; }); assert(false); }
    catch (const std::runtime_error&) {}
    assert((values == std::vector<int>{2, 4, 6}));
    assert(parallel_sum(values) == 12);
    assert(parallel_sum({}) == 0);
    assert(parallel_sum({-1, 2}) == 1);
    std::cout << "transaction: all contracts passed\n";
}

有意不满足约束的独立反例为 reject.cpp，不应与成功测试入口一起链接：

cpp
// Intentional compile failure: this callback cannot accept an int.
#include "transaction.hpp"
#include <string>
int main() {
    std::vector<int> values{1};
    transform_commit(values, [](const std::string& s) { return s; });
}

它只用于预期编译失败的检查；本轮没有调用编译器。头文件显式包含声明 std::move 的 <utility> 和声明 std::invoke_result_t 的 <type_traits>，不依赖其他标准头的间接包含。

仓库根目录，Bash执行下列命令。Windows PowerShell将工具写作& 'zig.exe完整路径' c++ ...，输出名改成transaction.exe并运行./transaction.exe。

sh
zig c++ -std=c++20 -Wall -Wextra -Werror -pthread examples/cpp/transaction/test.cpp -o transaction
./transaction

预期transaction: all contracts passed、退出0；不加-DNDEBUG，以免移除行为断言。模板错误发生在编译，链接缺线程库发生在链接，回调异常由测试捕获，它们不是同一类故障。

性能实验：先固定工作量 ​

以下是完整测量入口，五轮输出真实校验和、串行纳秒及并行纳秒，不写死耗时。每轮固定100000个1，两条路径结果必须同为100000，防止测到被优化掉的无结果计算。steady_clock用于间隔，系统时钟用于日期。进程启动、首次线程创建和分配会带来噪声；短任务并行可能更慢。

cpp
#include "transaction.hpp"
#include <chrono>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> values(100000, 1);
    for (int round = 0; round < 5; ++round) {
        auto start = std::chrono::steady_clock::now();
        auto serial = std::accumulate(values.begin(), values.end(), 0LL);
        auto serial_elapsed = std::chrono::steady_clock::now() - start;
        start = std::chrono::steady_clock::now();
        auto sum = parallel_sum(values);
        auto elapsed = std::chrono::steady_clock::now() - start;
        if (sum != 100000 || serial != sum) return 1;
        std::cout << "sum=" << sum << " serial_ns="
                  << std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(serial_elapsed).count()
                  << " parallel_ns="
                  << std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(elapsed).count() << '\n';
    }
}
sh
zig c++ -std=c++20 -O2 -pthread examples/cpp/transaction/benchmark.cpp -o benchmark
./benchmark

串行路径直接累加，测量的并行公共接口另含复制、分片、调度成本，因此比较的是两条可调用路径的完整成本，不能单独归因于加法速度或推出“多线程加速”。两者使用同样数据、校验和、优化级别和轮数；报告中位数、范围与硬件。不要比较Debug串行和Release并行，也不要凭单轮最大值下结论。采样CPU与分配可用平台profile工具；线程竞态检查须另用支持的TSan运行库，普通测试通过不等于没有竞态。

练习与参考 ​

  1. 将auto next = values改为引用，预测中途异常后的结果。
  2. 为回调增加外部调用次数计数，解释为什么vector强保证不意味着计数回滚。
  3. 增加串行基线，找出当前机器上并行开销占主导的输入区间。
解答及独立验收
  1. 原vector的前几个元素已经被覆盖，强保证失败。测试先把2改成3，再遇4抛错；若错误使用引用，结果会是3、4、6而非2、4、6。原先恒等回调不会暴露这项回归，本轮改成先产生真实变更再抛错，测试未执行。
  2. 计数器属于外部状态。第二次调用抛错时计数已经增加；要回滚外部状态，需要回调返回变更描述再由上层事务提交，或明确限定回调纯函数。
  3. 使用10、1000、100000项，各预热一次、测至少五轮；在计时区外生成输入。报告两条路径都正确的校验和，不能预设并行一定胜出。任何盈亏转折只代表该硬件和调用边界。

一手资料与保留内容 ​

2026-10-17核对C++ Core Guidelines的异常/并发规则及标准C++并发FAQ。国内中文检索核读Microsoft官方模板说明和noexcept说明，实现细节区分MSVC与本项目Clang工具链，不混用编译开关。原C++基础提供类型、函数与对象练习，仍可达；原库存项目服务文本输入、容器拥有关系和CLI，与本篇失败事务/线程实验互补。

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