共享指针控制块的线程安全

Question

我正在开发一个使用共享指针的小程序。我有一个简单的类“事物”，它只是一个具有整数属性的类：

class Thing{
public:
    Thing(int m){x=m;}
    int operator()(){
        return x;
    }
    void set_val(int v){
        x=v;
    }
    int x;
    ~Thing(){
        std::cout<<"Deleted thing with value "<<x<<std::endl;
    }

};

我有一个简单的函数“fun”，它接受一个 shared_ptr 实例和一个整数值 index，它只是跟踪哪个线程正在输出给定值。函数打印出传递给函数的索引值，以及作为参数传入的共享指针的引用计数

std::mutex mtx1;
void fun(std::shared_ptr<Thing> t1,int index){
    std::lock_guard <std::mutex> loc(mtx1);
    int m=t1.use_count();
    std::cout<<index<<" : "<<m<<std::endl;
}

在 main 中，我创建了一个共享指针实例，它是一个 Thing 对象的包装器，如下所示：

    std::shared_ptr<Thing> ptr5(nullptr);
    ptr5=std::make_shared<Thing>(110);

（以这种方式声明是为了异常安全）。

然后我创建 3 个线程，每个线程创建一个线程来执行 fun() 函数，该函数将 ptr5 共享指针作为参数并增加索引值：

    std::thread t1(fun,ptr5,1),t2(fun,ptr5,2),t3(fun,ptr5,3);
    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();

我的想法是，由于每个共享指针控制块成员函数都是线程安全的，所以在 fun() 函数中调用 use_count() 不是原子指令，因此不需要锁定。但是，无论在没有和没有 lock_guard 的情况下运行，这仍然会导致竞争条件。我希望看到以下输出：

1:2 2:3 3:4

由于每个线程都会产生一个对原始共享指针的新引用，因此 use_count() 将每次增加 1 个引用。但是，由于某些竞争条件，我的输出仍然是随机的。

Answer 1

在多线程环境中，use_count() 是近似值。来自cppreference：

在多线程环境下，use_count 返回的值是近似值（典型实现使用 memory_order_relaxed 加载）

shared_ptr 的控制块是线程安全的：

所有成员函数（包括复制构造函数和复制赋值）都可以由多个线程在 shared_ptr 的不同实例上调用而无需额外同步，即使这些实例是副本并且共享同一对象的所有权。

看到过期的use_count() 并不表示控制块已被竞争条件破坏。

请注意，这不会扩展到修改指向对象。它不为指向的对象提供同步。只有shared_ptr的状态和控制块受到保护。