namespace mySharedPtr { template<class T> class shared_ptr { private: T* _ptr; atomic<int>* _pcount; public: shared_ptr(T* ptr) :_ptr(ptr) , _pcount(new atomic<int>(1)) {} ~shared_ptr() { if (--(*_pcount) == 0) { delete _ptr; delete _pcount; } } shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp) :_ptr(sp._ptr) ,_pcount(sp._pcount) { ++(*_pcount); } shared_ptr<T> operator=(const shared_ptr<T>& sp) { if (this != &sp) { if (--(*_pcount) == 0) { delete _ptr; delete _pcount; } _ptr = sp._ptr; _pcount = sp._pcount; ++(*_pcount); } return *this; } T& operator*() { return *_ptr; } T* operator->() { return _ptr; } int use_count() const { return *_pcount; } T* get() const { return _ptr; } }; } int main() { mySharedPtr::shared_ptr<int> sp = new int(0); int n1 = 10000, n2 = 10000; thread t1([&]() { for (int i = 0; i < n1; i++) { ++(*sp); } }); thread t2([&](){ for (int i = 0; i < n2; i++) { ++(*sp); } }); t1.join(); t2.join(); cout << *sp << endl; return 0; } _pcount为什么不是线程安全的

<think>嗯，用户问的是为什么他们自己实现的`shared_ptr`中的`_pcount`不是线程安全的。首先，我需要仔细看一下他们提供的代码，尤其是`shared_ptr`的实现部分。 首先，注意到`_pcount`是一个指向`atomic<int>`的指针。使用原子类型通常是为了保证线程安全，但可能他们在某些操作上没有正确使用原子操作。让我看看构造函数和析构函数，还有拷贝构造函数以及赋值操作符。 在构造函数中，`_pcount`被初始化为一个新的`atomic<int>(1)`，这没问题。拷贝构造函数里，他们直接复制了`_pcount`指针，然后递增计数。这里用了`++(*_pcount)`，因为`_pcount`是原子类型，所以这个操作应该是原子的，对吧？那这里应该没问题。 接下来看赋值操作符。这里先检查是否是自赋值，然后减少原指针的引用计数。如果原计数减到零，就删除资源。这里的问题是，在减少`_pcount`的时候，是否正确地使用了原子操作。因为`--(*_pcount)`是原子操作，所以这一步是线程安全的。但可能存在多个线程同时操作不同的`shared_ptr`实例，导致竞态条件？ 不过用户的问题出现在多线程环境下对`shared_ptr`的使用，尤其是在主函数中，两个线程同时对同一个`shared_ptr`实例进行解引用和递增操作。虽然`_pcount`的引用计数是原子的，但用户代码中的问题可能并不在引用计数上，而是在对实际数据的访问上。 例如，主函数中的`++(*sp)`实际上是操作`sp`指向的`int`变量。而`shared_ptr`的`operator*`返回的是对内部`_ptr`的引用，这里并没有任何同步机制。因此，两个线程同时执行`++(*sp)`会导致数据竞争，因为对同一个`int`变量的非原子操作没有加锁，导致未定义行为。这可能才是问题所在，但用户却问的是`_pcount`为什么不是线程安全的。 或者，可能用户误解了问题所在，以为引用计数的不安全导致结果错误。但根据代码，`_pcount`的增减都是通过原子操作，所以引用计数本身应该是线程安全的。但可能在其他地方存在线程安全问题，比如在拷贝构造或赋值时，多个线程同时操作不同的`shared_ptr`实例，导致`_pcount`被错误地修改？ 或者，当多个线程同时拷贝同一个`shared_ptr`时，虽然引用计数是原子的，但拷贝构造函数中的递增操作是否足够安全？例如，当两个线程同时调用拷贝构造函数，复制同一个`sp`对象，导致`_pcount`被递增两次。但由于`++(*_pcount)`是原子操作，应该没问题。 那可能问题出在`shared_ptr`的赋值操作符中。在赋值时，先减少原对象的引用计数，然后复制指针和引用计数，再递增新对象的引用计数。这里可能存在竞态条件，例如，当多个线程同时进行赋值操作时，可能导致引用计数的错误更新。 例如，假设有两个线程同时执行赋值操作，原`_pcount`的递减可能不是原子的？不，因为`--(*_pcount)`是原子操作，所以每个线程在减少时都会正确执行。但可能在处理赋值的过程中，如果多个线程同时修改同一个`shared_ptr`实例的`_ptr`和`_pcount`，会导致指针的不一致？ 或者，问题可能出在`shared_ptr`的实现中没有考虑控制块（control block）的线程安全。标准库中的`shared_ptr`通常确保引用计数的原子操作，但其他部分如指针的赋值可能需要额外的同步。例如，在赋值操作符中，当原计数减到零时，删除`_ptr`和`_pcount`，但如果另一个线程此时还在使用这些指针，就会导致悬空指针的问题。 不过根据用户提供的代码，当两个线程拷贝同一个`shared_ptr`时，它们的`_pcount`指针指向同一个原子整数，所以递增和递减都是原子的，没问题。那为什么运行结果可能不正确？ 再看主函数中的例子，用户创建了一个`shared_ptr<int>`，然后在两个线程中对它解引用并递增。这里的问题在于，解引用得到的`int`变量并没有被原子地修改，导致数据竞争。例如，`++(*sp)`实际上执行的是对`int`的普通递增，不是原子操作，所以两个线程同时执行这个操作会导致结果不正确。而用户可能误以为是`_pcount`的问题，但实际上是因为数据竞争在对托管对象`int`的操作上。 但用户的问题明确是问为什么`_pcount`不是线程安全的。这时候需要回到代码中检查`_pcount`的使用是否真的存在线程安全问题。例如，当多个线程同时拷贝或赋值`shared_ptr`对象时，引用计数的操作是否安全。 在拷贝构造函数中，复制`_ptr`和`_pcount`后，递增`_pcount`。这使用原子操作，所以是线程安全的。在析构函数中，递减`_pcount`，检查是否为零，如果是则删除资源。但如果有多个线程同时销毁`shared_ptr`对象，可能会导致多次递减到零，从而多次删除资源，这显然有问题。例如，假设两个线程同时进入析构函数，执行`--(*_pcount)`，假设原计数是2，两个线程同时递减，可能都得到1，然后都不会删除资源，这没问题。但如果原计数是1，两个线程同时递减到0，那么两个线程都会执行删除操作，这会导致双重释放，崩溃。 但这种情况发生在什么时候呢？当多个线程同时持有同一个`shared_ptr`实例，并同时销毁它。例如，如果多个线程都拷贝了同一个`shared_ptr`，然后在各自的线程中销毁，那么它们的析构函数都会操作同一个`_pcount`。例如，假设初始计数是3，三个线程各自销毁自己的`shared_ptr`，每次递减，直到最后一个线程将计数减到零，删除资源。但如果两个线程同时进入析构函数，可能会发生竞态条件。例如，线程A和线程B同时执行`--(*_pcount)`，假设原计数是2，线程A得到1，线程B也得到1，那么都不会删除资源。这没问题。但如果是原计数是1，线程A和B同时递减到0，都会执行删除，导致双重释放。所以析构函数中的操作虽然使用了原子类型，但检查并删除的逻辑不是原子的。也就是说，`--(*_pcount)`是原子的，但后面的判断和删除操作可能被多个线程同时执行。 例如，假设现在`_pcount`的值是1。线程A进入析构，执行`--(*_pcount)`，得到0，于是进入删除分支。同时，线程B也进入析构，同样执行`--(*_pcount)`，但由于原子递减是互斥的，线程B可能得到0，然后也进入删除分支。此时，两个线程都会执行`delete _ptr`和`delete _pcount`，导致双重释放，从而引发未定义行为，比如程序崩溃。 这就是问题所在：虽然`_pcount`的操作是原子的，但整个“递减并检查是否为零，然后删除”的操作并不是原子性的。这需要将整个操作作为一个原子事务来处理。例如，在标准库中，`shared_ptr`的引用计数递减和资源释放通常使用原子操作来保证，确保只有一个线程能够执行最后的删除操作。 因此，问题出在析构函数中的代码： ```cpp if (--(*_pcount) == 0) { delete _ptr; delete _pcount; } ``` 这里的`--(*_pcount)`虽然是原子的，但接下来的条件判断和删除操作可能被多个线程同时进入，导致多次删除。正确的做法应该是确保只有一个线程能够执行删除操作。例如，在递减后获取当前的值，并判断是否为0，但这需要整个操作的原子性。例如，使用`fetch_sub`并检查返回值： 在C++中，原子类型的`operator--`相当于`fetch_sub(1) - 1`，但返回值是操作后的值。因此，`--(*_pcount)`会返回递减后的值。如果多个线程同时执行这一操作，每个线程都会得到递减后的值。例如，当两个线程同时执行时，初始计数为2，线程A递减到1，线程B递减到0。这样，线程B会进入删除分支，而线程A不会。但根据代码中的逻辑，这取决于各个线程的`--(*_pcount)`的结果。 或者，假设初始计数为1，两个线程同时执行析构函数： 线程A执行`--(*_pcount)`，得到0，进入条件，开始执行删除操作。但此时线程B也执行`--(*_pcount)`，此时原来的`_pcount`已经被线程A减到0，所以线程B的操作会导致`_pcount`变为-1？这显然不可能，因为`_pcount`是`atomic<int>`，但引用计数应该不会出现负数的情况。这可能是因为析构函数被调用的次数超过了引用计数的次数，例如，如果`shared_ptr`被错误地拷贝或析构多次，导致引用计数变为负数。 不过更可能的是，当两个线程同时进入析构函数，执行`--(*_pcount)`时，每个线程都会将计数减1。例如，初始计数为2，两个线程各减1，结果为0，两个线程都会进入删除分支，导致双重释放。或者初始计数为1，两个线程各减1，得到0，都进入删除分支，同样双重释放。 因此，问题在于`shared_ptr`的析构函数中的条件检查并非原子操作。虽然`--(*_pcount)`是原子的，但多个线程可能同时递减到0，并同时执行删除操作。因此，`_pcount`虽然是原子变量，但整个逻辑并不是线程安全的，因为多个线程可能同时通过条件检查，导致资源被多次删除。 总结来说，虽然`_pcount`是原子类型，但析构函数中的递减和条件检查的组合操作并不是原子的，导致潜在的竞态条件。正确的做法应该是在递减后，确保只有一个线程能够执行删除操作。例如，使用原子操作来获取递减后的值，并且只有在该值为0时才执行删除。然而，当前的实现中，多个线程可能同时递减到0，然后都进入删除分支，导致双重释放。 此外，用户的主函数中，两个线程通过`++(*sp)`修改同一个`int`变量，这本身存在数据竞争，但用户的问题是问`_pcount`为什么不安全。因此，需要明确回答`_pcount`的问题在于析构函数中的条件竞争，而不是用户代码中的`int`递增问题。 因此，用户提供的`shared_ptr`实现中，`_pcount`虽然是原子变量，但在析构函数中的操作存在竞态条件，导致线程不安全。需要将整个递减和检查的过程作为原子操作来处理，或者确保只有一个线程能够执行删除。例如，使用原子操作`fetch_sub`并检查返回值是否为1，因为`fetch_sub`返回的是原来的值，所以如果原来的值是1，则递减后为0，此时才需要删除资源。 例如，修改析构函数为： ```cpp ~shared_ptr() { if (_pcount->fetch_sub(1, std::memory_order_acq_rel) == 1) { delete _ptr; delete _pcount; } } ``` 这样，`fetch_sub`会返回递减前的值，如果该值为1，说明当前线程是最后一个持有者，需要删除资源。这样可以避免多个线程同时判断递减后的值是否为0的问题，因为`fetch_sub`的返回值是操作前的旧值，而多个线程中只有一个会看到旧值为1，其他线程看到的是更大的值，从而不会进入删除分支。 因此，用户代码中的问题在于析构函数中没有正确使用原子操作来确保整个递减和删除过程的原子性，导致可能的双重释放。</think>用户实现的`shared_ptr`中`_pcount`虽然使用了`atomic<int>`，但仍有线程安全问题，具体原因和场景分析如下： --- ### 一、问题核心：析构函数的竞态条件 在析构函数中存在以下逻辑： ```cpp if (--(*_pcount) == 0) { delete _ptr; delete _pcount; } ``` 尽管`--(*_pcount)`是原子操作，但**整个判断逻辑不是原子的**。多个线程可能同时执行以下流程： 1. 线程A和线程B同时调用析构函数。 2. 两者均执行`--(*_pcount)`（假设初始值为2）： - 线程A得到结果1，**不进入删除分支**。 - 线程B得到结果0，**进入删除分支并释放资源**。 3. 若初始值为1： - 线程A和B均得到结果0，**同时进入删除分支**，导致双重释放（崩溃）。 --- ### 二、赋值操作符的线程安全问题 赋值操作符中存在类似问题： ```cpp if (--(*_pcount) == 0) { // 非原子组合操作 delete _ptr; delete _pcount; } ``` 当多个线程对同一个`shared_ptr`对象赋值时： 1. 线程A和线程B同时执行`--(*_pcount)`。 2. 若初始值为1，两者均得到0，**同时进入删除分支**，导致双重释放。 --- ### 三、对比标准库实现 标准库的`std::shared_ptr`通过以下方式保证线程安全： 1. **引用计数使用原子操作**：确保`++`/`--`操作本身是原子的。 2. **删除逻辑的原子性**：通过`fetch_sub`获取递减前的值，**仅当旧值为1时才删除资源**： ```cpp if (_pcount->fetch_sub(1, std::memory_order_acq_rel) == 1) { delete _ptr; delete _pcount; } ``` --- ### 四、用户代码的修正方案 修改析构函数逻辑为原子操作： ```cpp ~shared_ptr() { // fetch_sub返回旧值，确保只有最后一个持有者删除资源 if (_pcount->fetch_sub(1) == 1) { delete _ptr; delete _pcount; } } ``` --- ### 五、主函数中的额外问题 用户的主函数中： ```cpp ++(*sp); // 对非原子int的并发修改导致数据竞争 ``` - `++(*sp)`操作的是普通`int`，**不是原子类型**，存在数据竞争。 - 即使`shared_ptr`本身线程安全，实际数据仍需额外同步（如改用`atomic<int>`）。 --- ### 总结 `_pcount`的线程安全问题源自： 1. **非原子组合操作**：`--`与条件判断未形成原子事务。 2. **双重释放风险**：多个线程可能同时进入删除分支。 修正需确保**引用计数的递减与资源释放**作为原子操作完成。