如何使用原子操作实现 std::weak_ptr::锁定?

Question

我最近尝试用 C 语言实现原子引用计数器，所以我参考了 STL 中 std：：shared_ptr 的实现，我对 weak_ptr：：lock 的实现感到非常困惑。 执行 compared_and_exchange 时，clang 指定memory_order_seq_cst，g++ 指定memory_order_acq_rel，MSVC 指定memory_order_relaxed。 我认为memory_order_relaxed已经足够了，因为如果user_count不为零，则不需要同步数据。 我不是这方面的专家，任何人都可以提供一些建议吗？

以下是代码片段：

MSVC

bool _Incref_nz() noexcept { // increment use count if not zero, return true if successful
auto& _Volatile_uses = reinterpret_cast<volatile long&>(_Uses);
#ifdef _M_CEE_PURE
long _Count = *_Atomic_address_as<const long>(&_Volatile_uses);
#else
long _Count = __iso_volatile_load32(reinterpret_cast<volatile int*>(&_Volatile_uses));
#endif
while (_Count != 0) {
const long _Old_value = _INTRIN_RELAXED(_InterlockedCompareExchange)(&_Volatile_uses, _Count + 1, _Count);
if (_Old_value == _Count) {
return true;
}
_Count = _Old_value;
}
return false;
}

叮叮当当/libcxx

__shared_weak_count*
__shared_weak_count::lock() noexcept
{
long object_owners = __libcpp_atomic_load(&__shared_owners_);
while (object_owners != -1)
{
if (__libcpp_atomic_compare_exchange(&__shared_owners_,
&object_owners,
object_owners+1))
return this;
}
return nullptr;
}

gcc/libstdc++

template<>
inline bool
_Sp_counted_base<_S_atomic>::
_M_add_ref_lock_nothrow() noexcept
{
// Perform lock-free add-if-not-zero operation.
_Atomic_word __count = _M_get_use_count();
do
{
if (__count == 0)
return false;
// Replace the current counter value with the old value + 1, as
// long as it's not changed meanwhile.
}
while (!__atomic_compare_exchange_n(&_M_use_count, &__count, __count + 1,
true, __ATOMIC_ACQ_REL,
__ATOMIC_RELAXED));
return true;
}

Answer 1

我试图自己回答这个问题。

标准规范只说 weak_ptr：：lock 应该作为原子操作执行，但没有更多关于内存顺序的信息。因此，不同的线程可以直接并行调用 weak_ptr：：lock，而没有任何竞争条件，当发生这种情况时，不同的实现会提供不同的memory_order。 但无论如何，上述所有实现都是正确的。