使用 std::weak_ptr 和 std::shared_ptr 进行阴影

Question

std::weak_ptron cppreference 的文档说明了这一点

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

而且我的判断和other SO answers已经确认以下是不容易出现种族的

int main() {
    auto s_ptr = std::make_shared<T>(...);
    auto w_ptr = std::weak_ptr<T>{s_ptr};

    auto one = std::thread{[&]() {
        auto ptr = w_ptr.lock();
        if (ptr) { ... }
    }};
    s_ptr = std::make_shared<T>(...);

    one.join();
}

但是，这可以可靠地用于在程序中进行计算吗？我所说的阴影是指这样的事情

auto s_ptr = std::make_shared<T>(...);
auto w_ptr = std::weak_ptr<T>{s_ptr};

// thread one
while (...) {
    auto ptr = w_ptr.lock();
    cout << "Value contained is " << *ptr << endl;
}

// thread two
while (...) {
     // do the heavy computation on the side
     auto new_value = fetch_new_value();

     // then "atomically" swap
     s_ptr = std::make_shared<T>(std::move(new_value));
}

这里令人困惑的部分是 .lock() 返回的内容。它可以返回nullptr 吗？所有文档都说该操作将以原子方式执行。没有说明这种互斥意味着什么。 shared_ptr::operator= 中是否存在指针为空的状态？ weak_ptr 可以访问此状态吗？ shared_ptr::operator= on cppreference 的文档似乎没有提到这一点。

Answer 1

一旦你的共享指针获得一个新值，你的弱指针就会开始返回nullptr，原因是一旦你的共享指针开始指向另一个对象，原始对象就会被销毁。

但不会有未定义的行为交换指针，因为切换是原子的。

（虽然，取消引用 w_ptr.lock() 返回的 nullptr 值共享指针是未定义的，并且可能会导致程序崩溃）。

每次共享指针被重置为新值时，您都需要获取一个新的弱指针。但是，到你lock() 你的弱指针时，共享指针是否仍然指向那个新值，这是任何人的猜测。

任何与控制块（引用计数）相关的东西都是原子的。所以获取一个新的弱指针是线程安全的，但不能保证指向任何东西（如果其他线程可以访问你的共享指针）。

Answer 2

这段代码可以执行UB：

auto s_ptr = std::make_shared<T>(...);
auto w_ptr = std::weak_ptr<T>{s_ptr};

// thread one
while (...) { // A
  auto ptr = w_ptr.lock(); // B
  cout << "Value contained is " << *ptr << endl; // C
}

// thread two
while (...) {
  // do the heavy computation on the side
  auto new_value = fetch_new_value();

  // then "atomically" swap
  s_ptr = std::make_shared<T>(std::move(new_value)); // X
}

如果线程二在线程一执行// B之前执行// X，则weak_ptr不再引用任何数据。

.lock() 然后返回一个“null”shared_ptr，您可以在 // C 继续取消引用。

如果您避免使用 ptr 以防止其为空，则不会出现明显的 UB。