使用 shared_ptr 的开销和实现答案

【问题标题】：Overhead and implementation of using shared_ptr使用 shared_ptr 的开销和实现
【发布时间】：2012-06-05 17:45:07
【问题描述】：

简短介绍：我正在处理多线程代码，我必须在两个线程之间共享动态分配的对象。为了使我的代码更简洁（并且不易出错），我想在每个线程中显式“删除”对象，这就是我想使用shared_ptr 的原因。

第一个问题：

我想知道在运行时shared_ptr 中的-> operator 的实现是否有一些额外的开销（例如大于unique_ptr）。我所说的对象通常是 longlife 实例，在创建后只复制一次（当我在线程之间分发它们时），然后我只访问这些对象的方法和字段。

我知道，shared_ptr 只保护引用计数。

第二个问题：

shared_ptr 在 libstdc++ 中的优化程度如何？它总是使用互斥锁还是利用原子操作（我专注于 x86 和 ARM 平台）？

【问题讨论】：

在shared_ptr 的良好实现中，通过-> 取消引用指针时应该有零开销。我不熟悉 libstdc++，所以我无法回答你的第二个问题。不过，您有标题，因此您可以通过查看它的实现方式轻松找到。
如果代码是多线程的，GCC 的共享指针使用std::atomic<int> 或类似的东西作为引用计数器；这是否是真正的硬件（无锁）原子取决于编译器版本——我相信这在 GCC 4.7.0 中得到了改进。
复制/赋值/超出范围有额外的开销，因为引用计数的线程安全增量。 operator-> 看起来与旧的 auto_ptr 完全相同，即可以预期开销为零。
这个问题目前的形式过于宽泛，无法回答。 shared_ptr的实现有很多，GCC和libstdc++的版本也很多。你说的是哪一个？

标签： c++ c++11 shared-ptr

【解决方案1】：

第一个问题：使用operator->

我见过的所有实现在shared_ptr<T> 类中都有一个T* 的本地缓存，因此该字段在堆栈上，operator-> 因此与使用堆栈本地T* 的成本相当：完全没有开销。

第二个问题：互斥体/原子

我希望 libstdc++ 在 x86 平台上使用原子，无论是通过标准工具还是特定的 g++ 内在函数（在旧版本中）。我相信 Boost 实现已经这样做了。

但是，我不能对 ARM 发表评论。

注意：C++11引入了移动语义，shared_ptr的使用自然避免了很多副本。

注意：阅读有关shared_ptrhere 的正确用法，您可以使用对shared_ptr（const 或否）的引用来避免大多数复制/破坏，因此性能这些都不是很重要。

【讨论】：

在您附加的答案中，据说使用make_shared。我想知道如何在构造函数的初始化列表中使用这个模板？例如，类Foo 具有字段shared_ptr<int> num，因此构造函数应如下所示：Foo::Foo(void) : num (move (make_shared (new int (30)))) { ... }?
@Goofy: 不，make_shared 不会显式执行new，另一方面，您需要显式传递创建对象的类型；也不需要临时调用move。因此它产生：Foo::Foo(): num(std::make_shared<int>(30)) {}
好的，太好了 :) 我还在习惯 C++ 中的右值 ;)

【解决方案2】：

GCC 的 shared_ptr 将在单线程代码中不使用锁定或原子。在多线程代码中，如果 CPU 支持原子比较和交换指令，它将使用原子操作，否则引用计数受互斥体保护。在 i486 和更高版本上它使用原子，i386 不支持 cmpxchg 因此使用基于互斥锁的实现。我相信 ARM 将原子用于 ARMv7 架构及更高版本。

（同样适用于std::shared_ptr 和std::tr1::shared_ptr。）

【讨论】：

GCC 如何知道代码是否/将是多线程的？
@DrewNoakes - 你必须用#define 告诉它。
@Jonathan Wakely 是 libstdc++ 的实现者之一。不过，如果你能详细说明一下，我也会觉得很好，比如定义是什么，默认是什么？
没有#define。 Libstdc++ 使用基于程序是否链接到libpthread 来分派（在运行时）到原子实现或非原子实现的函数。如果它链接到libpthread，则假定存在多个线程并使用原子实现。如果未链接到libpthread，则程序是单线程的，因此使用非原子 impl。
在“选择锁定策略”部分的gcc.gnu.org/onlinedocs/libstdc++/manual/… 有一些简短的文档