C++20的原子智能指针

一、原子变量和智能指针

在前面学习时提到过智能指针本身不是线程安全的，因为虽然其计数器是线程安全控制但数据不是，这也就是说其在多线程中赋值时，会产生冲突。而原子变量恰恰能够解决这个问题，不过在早先的c++标准中，原子变量不支持智能指针，所以要实现多线程间数据的安全控制，要么使用锁，要么使用全局的非成员原子操作（std::atomic_load(), atomic_store()等）。
但是，c++20中，原子操作增加了对智能指针类型的支持，这样就可以安全快速的控制智能指针在不同线程间的数据操作了。

二、原子智能指针

在c++的文档中可以看到：

template<class U>
struct atomic<std::shared_ptr<U>>; (C++20 起)
template<class U>
struct atomic<std::weak_ptr<U>>;   (C++20 起)

目前来看相关的代码实现仍然是使用了CAS的方式，更具体的得需要看实现库的具体的源码。

三、应用例程

看一个例程：

template<typename T> 
class concurrent_stack { 
    struct Node { 
        T t; 
        shared_ptr<Node> next; 
    }; 
    atomic_shared_ptr<Node> head; 
    // C++11中使用非"atomic_" 就必须使用前面提到的孤立函数std::tomic_load 等
public: 
    class reference { 
        shared_ptr<Node> p; 
        <snip> 
    }; 
    auto find(T t) const { 
        auto p = head.load(); // C++11使用atomic_load(&head) 
        while (p && p->t != t) 
            p = p->next; 
        return reference(move(p)); 
    } 
    auto front() const { 
        return reference(head); 
    } 
    void push_front(T t) { 
        auto p = make_shared<Node>(); 
        p->t = t; p->next = head; 
        while (!head.compare_exchange_weak(p->next, p)){ 
    } // C++11使用 atomic_compare_exchange_weak(&head, &p->next, p); }     
    void pop_front() { 
        auto p = head.load(); 
        while (p && !head.compare_exchange_weak(p, p->next)) {
        } // C++11使用atomic_compare_exchange_weak(&head, &p, p->next); 
    } 
};

这个例程是Herb Sutter 的 N4162 论文中的一段，c++的文档中目前还没有看到。

四、总结

按照c++文件档中所说，std::shared_ptr的控制块是安全，但如果使用其访问非const的成员函数则会出现数据竞争，也就是数据冲突。这样说来，这个原子智能指针的用处还是不小，毕竟一般操作智能指针还是以操作函数居多。其实这也是c++减少孤立函数，扩大现有功能的范围的一种进步。不断内聚，去除耦合。这样也符合一般人们的习惯。
换句话说，多一些普遍适用，少一些特例应用。