::lock() 函数如何在 std::weak_ptr 上工作？答案

【问题标题】：How does the ::lock() function work on std::weak_ptr?::lock() 函数如何在 std::weak_ptr 上工作？
【发布时间】：2021-07-28 10:19:06
【问题描述】：

当你有一个weak_ptr，你做到了：

std::weak_ptr<int> wp; // Pretend it's assigned to a shared_ptr
if (!wp.expired()) // Equivalent to use_count() != 0
{ /* Here we're not 100% sure the raw pointer is accessible because a shared_ptr from another thread
   could have been destroyed, and is in the process of decrementing the use_count from 1 to 0 and calling the deleter.*/

}

另一方面：

std::weak_ptr<int> wp; // Pretend it's assigned to a shared_ptr
if (wp.expired()) Equivalent to use_count() == 0
{ /* Here we are sure that the raw pointer is invalid because of the interesting property that once the use_count is 0 it can't get incremented anymore */

}

如果资源仍然有效，访问指针的正确方法是调用 lock，如果资源有效，它将向资源返回一个 shared_ptr，如果资源无效，则返回一个空/null shared_ptr：

if (std::shared_ptr shp = wp.lock())
{// We know the resource is valid, we can use it
}

我不明白的是，根据文档，锁定功能被定义为：

有效地返回expired() ? shared_ptr<T>() : shared_ptr<T>(*this)，以原子方式执行。

所以如果expired()（相当于use_count() == 0）返回true，那么我们确定指针不能被取消引用，我们得到一个空的shared_ptr。另一方面，如果 expired() 返回 false 我们会返回一个 shared_ptr 到资源，但问题是，正如我上面提到的，当 expired() 返回 true 我们知道指针是错误的，但是当它返回 false 时可能是假阴性，但我们会返回一个 shared_ptr。当我们检查返回的 shared_ptr 时，另一个线程可能仍在写入控制块的过程中，对吧？

当文档说“以原子方式执行”时，这是否意味着每次您想访问weak_ptr 时调用lock() 方法都使用互斥锁，还是使用原子操作？如果是这样，这样做的性能成本是多少？

我不认为它对计数器使用原子类型，因为我听说过一种经常实现的技巧，我认为这是一种避免使用原子类型/操作的方法：

为所有 shared_ptr 实例添加一个只是一种优化（保存复制/分配 shared_ptr 时一个原子增量/减量实例）Link。

【问题讨论】：

老实说，我看不出weak_ptr::expired() 有什么好处。在多线程环境中，通过shared_ptr 的最终强引用可以在另一个线程上释放，如果expired() 返回true，则您明确知道该对象已被删除，但如果它返回false，则表示“活跃度”对象的有效期不再超过此时间。在您致电 lock() 之前，您无法安全地假设任何事情
根据cppreference.com 上的文档：This function is inherently racy if the managed object is shared among threads. In particular, a false result may become stale before it can be used. A true result is reliable。
最后的评论。我认为 expired 是 Boost 的保留，它明确建议底层 use_count 函数是“仅用于调试和测试目的，而不是用于生产代码。”。
@selbie 所以每次你想访问weak_ptr资源时都必须使用原子操作？这就是lock（）发生的事情吗？还是互斥锁？我什至不知道有什么区别。
@Zebrafish：“必要”或“不必要”是fluid。此外，尚不清楚您的问题实际上是什么。您的问题似乎不是原子操作实际上是否是原子的，而是更普遍地不相信 C++ 标准库会对这种类型有任何线程保护。 “它使用 std::atomic 还是 std::mutex？” 这是一个实现细节。操作是原子的；如何实现这不是你的事。

标签： c++ smart-pointers weak-ptr

【解决方案1】：

相关的 C++ 语言概念是排序。通常，一个操作在之前排序或在另一操作之后排序。在这种情况下，“原子执行”意味着没有任何内容在expired()之后排序，但在shared_ptr<T>(*this)之前排序。

最后，这确实是一个编译器保证。你的实现库知道如何让编译器做正确的事情。标准库中的锁是类似的；他们还必须确保编译器做正确的事情。这两者的具体实现方式完全取决于库编写者。

性能可能取决于实现，但这是一个非常常见的类。这意味着实施者会关心性能。

【讨论】：