<think>我们正在为线程安全的 `ThreadSafeMultimap` 类添加一个 `empty` 函数，用于检查容器是否为空。
由于容器是线程安全的，我们需要在检查时加锁（共享锁即可，因为只是读取操作）。
根据引用[4]中销毁函数中重置状态的思路，我们可以通过检查容器的大小是否为0来判断是否为空。
设计步骤：
1. 函数名：`empty`
2. 返回类型：`bool`，当容器为空时返回`true`，否则返回`false`
3. 线程安全：使用共享锁（读锁）来保证并发读取的安全性
4. 异常安全：由于只是检查大小，不会修改容器，因此可以声明为`noexcept`
实现代码：
```cpp
bool empty() const noexcept {
std::shared_lock lock(mutex_); // 获取共享读锁
return container_.empty(); // 调用底层容器的empty函数
}
```
注意：我们也可以选择检查`size() == 0`，但标准库容器的`empty()`函数通常是常数时间复杂度，效率更高。
将上述函数添加到类中，完整类定义如下：
```cpp
#include <map>
#include <shared_mutex>
#include <vector>
#include <functional>
template <typename Key, typename Value,
typename Compare = std::less<Key>,
typename Allocator = std::allocator<std::pair<const Key, Value>>>
class ThreadSafeMultimap {
public:
void execute_safely(std::function<void(std::multimap<Key, Value, Compare, Allocator>&)> operation) {
std::unique_lock lock(mutex_);
operation(container_);
}
void insert(const Key& key, const Value& value) {
execute_safely([&](auto& c) { c.insert({key, value}); });
}
std::vector<Value> find(const Key& key) const {
std::shared_lock lock(mutex_);
auto range = container_.equal_range(key);
std::vector<Value> result;
for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {
result.push_back(it->second);
}
return result;
}
size_t erase(const Key& key) {
size_t count = 0;
execute_safely([&](auto& c) { count = c.erase(key); });
return count;
}
void clear() noexcept {
std::unique_lock lock(mutex_);
container_.clear();
}
// 新增empty函数
bool empty() const noexcept {
std::shared_lock lock(mutex_);
return container_.empty();
}
private:
mutable std::shared_mutex mutex_;
std::multimap<Key, Value, Compare, Allocator> container_;
};
```
使用示例：
```cpp
ThreadSafeMultimap<int, std::string> safeMap;
std::cout << "容器是否为空: " << safeMap.empty() << std::endl; // 输出1（true）
safeMap.insert(1, "Apple");
std::cout << "容器是否为空: " << safeMap.empty() << std::endl; // 输出0（false）
safeMap.clear();
std::cout << "容器是否为空: " << safeMap.empty() << std::endl; // 输出1（true）
```
设计要点：
1. **线程安全**：使用`std::shared_lock`确保在检查容器是否为空时，其他线程可以并发读取，但阻止写入[^1]。
2. **性能**：`empty()`操作的时间复杂度为$O(1)$，与底层容器一致。
3. **异常安全**：声明为`noexcept`，因为该操作不会抛出异常（标准库的`empty()`通常不抛异常）[^2]。
注意：引用[4]中销毁函数重置状态的思想体现在我们将容器清空后，`empty()`将返回`true`，这与销毁后的状态一致（尽管我们这里不是销毁容器对象，而是清空内容）。
相关问题：
1. 如何实现线程安全容器的`size()`函数？
2. C++中`noexcept`关键字在性能优化中的作用？
3. 多线程环境下如何避免容器操作的死锁？</think>### 为线程安全 `std::multimap` 添加 `empty()` 函数
在原有线程安全 `std::multimap` 实现的基础上，添加 `empty()` 函数实现如下：
```cpp
#include <map>
#include <shared_mutex>
template <typename Key, typename Value,
typename Compare = std::less<Key>,
typename Allocator = std::allocator<std::pair<const Key, Value>>>
class ThreadSafeMultimap {
public:
// ... 原有成员函数保持不变 ...
// 新增线程安全的 empty() 函数
bool empty() const noexcept {
std::shared_lock lock(mutex_); // 获取共享读锁
return container_.empty(); // 检查容器是否为空
}
private:
mutable std::shared_mutex mutex_;
std::multimap<Key, Value, Compare, Allocator> container_;
};
```
#### 设计要点说明
1. **线程安全保证**：
- 使用 `std::shared_lock` 确保只读操作期间允许多线程并发访问[^1]
- 检查操作具有原子性，返回容器当前是否为空的状态快照
- 与 `clear()` 函数配合使用，实现安全的状态检查[^4]
2. **性能优化**：
- 时间复杂度为 $O(1)$，与底层 `std::multimap::empty()` 一致
- 使用共享锁而非独占锁，避免阻塞读操作
- `noexcept` 声明确保无异常抛出，适合高频调用场景
3. **使用场景**：
- 在清空容器前检查是否已为空
- 批量操作前判断容器状态
- 循环处理时的终止条件判断
#### 完整类实现整合
```cpp
#include <map>
#include <shared_mutex>
#include <vector>
#include <functional>
template <typename Key, typename Value,
typename Compare = std::less<Key>,
typename Allocator = std::allocator<std::pair<const Key, Value>>>
class ThreadSafeMultimap {
public:
void execute_safely(std::function<void(std::multimap<Key, Value, Compare, Allocator>&)> operation) {
std::unique_lock lock(mutex_);
operation(container_);
}
void insert(const Key& key, const Value& value) {
execute_safely([&](auto& c) { c.insert({key, value}); });
}
std::vector<Value> find(const Key& key) const {
std::shared_lock lock(mutex_);
auto range = container_.equal_range(key);
std::vector<Value> result;
for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {
result.push_back(it->second);
}
return result;
}
size_t erase(const Key& key) {
size_t count = 0;
execute_safely([&](auto& c) { count = c.erase(key); });
return count;
}
void clear() noexcept {
std::unique_lock lock(mutex_);
container_.clear();
}
// 新增empty函数
bool empty() const noexcept {
std::shared_lock lock(mutex_);
return container_.empty();
}
private:
mutable std::shared_mutex mutex_;
std::multimap<Key, Value, Compare, Allocator> container_;
};
```
#### 使用示例
```cpp
ThreadSafeMultimap<int, std::string> safeMap;
// 初始状态检查
std::cout << "容器是否为空: " << safeMap.empty() << std::endl; // true
// 添加数据
safeMap.insert(1, "Apple");
std::cout << "容器是否为空: " << safeMap.empty() << std::endl; // false
// 清空后检查
safeMap.clear();
std::cout << "容器是否为空: " << safeMap.empty() << std::endl; // true
```
#### 与其他函数的协作
1. **与 `clear()` 配合**：
```cpp
if (!safeMap.empty()) {
safeMap.clear(); // 避免不必要的清空操作
}
```
2. **与 `find()` 配合**：
```cpp
if (safeMap.empty()) {
return {}; // 提前返回避免无意义查找
}
return safeMap.find(key);
```
> **性能提示**：在需要频繁检查容器状态的场景中，`empty()` 比 `size() == 0` 更高效，因为标准库实现通常为 `empty()` 提供 $O(1)$ 时间复杂度[^4]。
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