同一类的相同实例，但行为不同。可能的 UB

Question

#include <iostream>

#include <atomic>
#include <memory>


template<typename T>
class LockFreeQueue {
public:
    struct CountedNode;

private:
    std::atomic<CountedNode> head;
public:
    struct Node{
        explicit Node(const T& d) : next(CountedNode()), data(std::make_shared<T>(d)), node_counter(0) { }
        std::atomic<CountedNode> next;
        std::shared_ptr<T> data;
        std::atomic<unsigned> node_counter;
    };
    struct CountedNode {
        CountedNode() noexcept : node(nullptr), counter(0) {}
        explicit  CountedNode( const T& data) noexcept : node(new Node(data) /* $4 */), counter(0)  {}
        Node* node;
        int counter;
    };


    void push( const T& data)
    {
        CountedNode new_node(data), curr, incrementedNext, next /*($2) */;
        CountedNode empty; /*($3) */
        if (head.compare_exchange_strong(empty, new_node)) std::cout << "EQUALS\n"; // $1
        else std::cout << "NOT EQUALS\n";

        if (head.compare_exchange_strong(next, new_node)) std::cout << "EQUALS\n"; // $1
        else std::cout << "NOT EQUALS\n";
    }

};


int main() {
    LockFreeQueue<int> Q;
    Q.push(2);

    return 0;
}



    int main(){
    LockFreeQueue<int> Q;
    Q.push(2);

    return 0;
    }

好的。它编译并执行没有错误。但是，仍然存在问题，我将在下面描述。

http://coliru.stacked-crooked.com/a/1fe71fafc5dde518

在我看来，结果不是预期的： 注意事项 等于

我对上面的代码有一个很大的问题。

特别是，$1 行中的比较让我很头疼。我的意思是，这个比较总是返回 false，尽管它应该在第一次返回 true。

我很困惑，所以我查看了empty 和head 的内存，实际上它们是不同的。 head 等于 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000 （当涉及到字节时），它似乎没问题。但是empty 等于： 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x7f7f7f7f7f。更有趣的是$2中的next等于0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000所以实际上等于head。但是，例如，curr、incrementedNext 等于 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x7f7f7f7f7f。 所以这种行为是不确定的，所以我想有任何未定义的行为，但为什么呢？我做错了什么，请解释一下这种行为。

附：我知道$4 中的内存泄漏，但现在我忽略了它。

我编译它： g++ -latomic main.cpp -std=c++14。 我的 gcc 版本是 6.1.0。我也在 gcc 5.1.0 上进行了测试。结果是一样的。

@PeterCordes 创建的源链接：https://godbolt.org/g/X02QV8

Answer 1

填充。 std::atomic::compare_exchange* 比较两个对象的内存表示，就像通过memcmp 一样。如果结构有填充，则其内容是不确定的，并且可能使两个实例看起来不同，即使它们在成员方面相等（请注意，CountedNode 甚至没有定义 operator==）。

在 64 位版本中，counter 之后有填充，您会看到问题所在。在 32 位版本中，没有，您也没有。

编辑：我现在相信下面的部分是错误的；仅保留完整性。 std::atomic_init 没有做任何事情来将填充归零；该示例似乎只是偶然地起作用。

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head（以及Node::next）应该用std::atomic_init初始化：

std::atomic_init(&head, CountedNode());

有了这个，your example works as expected