atomic<shared_ptr<T>>在 GCC 和 Clang 的受支持程度真是一言难尽

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这是一个创建于 32 天前的主题，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

Clang 到现在都不支持atomic<shared_ptr<T>>，只能继续 atomic_load() 和 atomic_store()。一旦要用 weak_ptr 则如同残废，不支持atomic_load()和 atomic_store()。

GCC 12.2 及旧版本有“bug”（ P0718R2 的疏忽），刚好 Debian 12 自带的 GCC 就是 12.2 ，直接完蛋。

这段代码在 Debian 12 (bookworm)无法编译，换成 Debian Testing (trixie)就可以成功编译：

#include <atomic>
#include <memory>

class A{ int a; };

int main()
{
    std::atomic<std::shared_ptr<A>> a_ptr = std::make_shared<A>();
    a_ptr = nullptr;

    return 0;
}

想要写跨编译器的代码很麻烦，只能加好几行#if #else #endif

Clang 原本已经有人在实现atomic<shared_ptr<T>>，准备到一半就放弃了：
[libc++] Implement P0718R2: atomic<shared_ptr<T>>
放弃的原因令人无语，因为 PR 内wait/notify_all的效率不太高，需要重写，作者直接不干了

18 条回复 • 2024-10-21 16:47:42 +08:00

Coelacanthus

31 天前

GCC 12 分支最新的 fix 版本是 12.4 啊，Debian 他们居然没更新。你可以给他们提个 request 要求更新，理由就是有已知 bug 。

felixlong

31 天前

把 shared_ptr 放到 atomic 里面的使用场景是什么？

cnbatch

31 天前

@Coelacanthus 刚用 reportbug 命令向 Debian 提交了，暂时还没什么反应，就连编号都还没生成。
不太熟悉他们的流程，看来只能继续等待

cnbatch

31 天前

@felixlong 多线程读写会用到，放进 atomic 就不需要再用 mutex 了。

举个例子，atomic<shared_ptr<Description>>，用来保存一段文字描述，修改时直接 make_shared<Description>，其他线程读取时调用 load() 成员函数或者用 std::atomic_load()，可以确保修改与读取互不干扰。对于时间敏感度不高的场景会很方便，起码不会死锁。

flax5a98aa2

31 天前

https://en.cppreference.com/w/cpp/header/hazard_pointer 这个是不是更有盼头一点？

flax5a98aa2

31 天前

[Lock-free Atomic Shared Pointers Without a Split Reference Count? It Can Be Done!](

) 还有这个，我以前看没看懂，看到这个帖子想起来了，不知道是否对你有帮助

bruce0

31 天前

同一个编译器, clang, 我记得 Mac 上的 clang 现在还不支持 std::jthread 呢(上半年还不支持,不知道现在支持了吗), linux 的 clang 是支持的

newma

31 天前

@cnbatch 这个例子里面用不用 atomic 都没关系吧，make_shared 都另外 new 一个新对象了，返回一个全新的 shared_ptr 和全新的 Description 内存，这个过程和原来的那个 shared_ptr<Description>对象都没关系啊。

minami

31 天前

msvc: 我看看现在还有没有黑子来黑我

changnet

31 天前

首先 C++12 并不完全支持 C++20 ，要在 C++12 上使用 C++20 风险就比较大，因为用着用着就不知道哪个特性不支持，或者有 bug 。所以生产环境一般都不用这么新的标准

你这种情况，一般是自己用 SpinLock 之类的再实现一个类型来替代 std::atomic<std::shared_ptr<A>>

另外 std::atomic<std::shared_ptr<A>>只是对 std::shared_ptr 保证原子操作，对 A 里的数据操作并不是原子的。而 std::shared_ptr 本身的几个函数是线程安全的，你不修改 shared_ptr 本身的话 std::atomic 没啥意义。所以你这个需求还是比较小众的

changnet

31 天前

@changnet GCC12 ，不是 C++12

cnbatch

31 天前

@bruce0 刚看了下 cppreference ，显示还没支持，Apple Clang 总是慢一拍吧

cnbatch

31 天前

@newma
@changnet cppreference 是这么说的：
https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared_ptr/atomic

If multiple threads of execution access the same std::shared_ptr object without synchronization and any of those accesses uses a non-const member function of shared_ptr then a data race will occur unless all such access is performed through these functions, which are overloads of the corresponding atomic access functions (std::atomic_load, std::atomic_store, etc.).

如果多个执行线程无同步地访问同一 std::shared_ptr 对象，而其中由任何访问使用了 shared_ptr 的非 const 成员函数，那么就会发生数据竞争，除非所有这种访问都通过这些作为对应原子访问函数（ std::atomic_load 、std::atomic_store 等）重载的函数进行。

non-const 的成员函数是：
reset()、swap()、operator=

我的例子刚好就是一边换指针、一边读指针，按照 cppreference 的说法，应当使用 atmoic 操作。

cnbatch

31 天前

@minami 说实话，如果 MSVC 支持多系统，全用 MSVC 也不是坏事

newma

31 天前

@cnbatch 兄弟，你的例子里面没有换指针。make_shared 是重新构造一个全新的 shared_ptr ，和原来的 share_ptr 没任何联系的，这 2 个 shared_ptr 所指的对象也没任何联系

cnbatch

31 天前

@newma
有关联的是 atomic<shared_ptr<T>>变量本身，不是 shared_ptr 之间

如果不用 atomic ，那就：

共享变量：
shared_ptr<Description> share_desc_ptr;

线程 1：
shared_ptr<Description> desc_ptr = share_desc_ptr;

线程 2：
share_desc_ptr = make_shared_ptr<Description>();

这里用到了 operator=，按照 cppreference 的描述，会发生数据竞争。所以要改成：

C++20 之前：

共享变量：
shared_ptr<Description> share_desc_ptr;

线程 1：
shared_ptr<Description> desc_ptr = atomic_load(&share_desc_ptr);

线程 2：
atomic_store(&share_desc_ptr, make_shared_ptr<Description>());

C++20 起：

共享变量：
atomic<shared_ptr<Description>> share_desc_ptr;

线程 1：
shared_ptr<Description> desc_ptr = atomic_load(&share_desc_ptr);
// 或者 shared_ptr<Description> desc_ptr = share_desc_ptr; 自动调用 atomic 的 operator=

线程 2：
atomic_store(&share_desc_ptr, make_shared_ptr<Description>());
// 或者 share_desc_ptr = make_shared_ptr<Description>(); 同样自动调用 atomic 的 operator=

newma

31 天前

@cnbatch 哦哦，你是原地修改相同的变量啊。看来是我误会了，我以为是原地有个 shared_ptr ，多个线程读，如果有某个线程需要修改，则 make_shared 进行分离再修改自身。你这个不同线程修改同一个东西确实需要原子或者上锁。

tinykey

31 天前

@cnbatch 不是因为这个原因。atomic<shared_ptr>解决的是 shared_ptr 的引用计数和 object 分开操作的问题。
例如，当一个线程 A 引用计数减一的时候，其他线程 B 可能正在引用计数加一.但线程 A 可能减一后直接析构这个 object 。
这样线程 B 就会 use after free.

目前有两种解决办法：
一种是将引用计数和 object 的地址用一个指针表示。例如，虚拟地址是 64bit ，但是 intel 只用到了 48bit ，这样高位 16 bit 就可以用于表示引用计数。这样只需要操作同一个变量就可以实现引用计数和 object 同时操作。
另外一种就是类似在 c++中引入 GC ，延迟删除引用计数为 0 的 object 。