c++20的std::atomic是如何工作的？ (线程安全共享)

std::atomic 是C++20强制全特化类型，仅支持load/store/CAS操作，要求16字节无锁支持，否则退化为互斥锁；它保证指针值原子性，不干预引用计数与所指对象的线程安全。

std::atomic<:sha style="color:#f60; text-decoration:underline;" title="red" href="https://www.php.cn/zt/122037.html" target="_blank">red_ptr> 不是原子类型，而是特化实现

它不是靠 std::atomic 通用模板“套壳”出来的，而是 C++20 明确要求的全特化。标准强制要求该特化必须提供无锁（lock-free）的原子读写，底层通常依赖平台级指令（如 x86 的 cmpxchg16b 或 ARM 的 ldxp/stxp），但前提是 sizeof(std::shared_ptr) == 16（即控制块指针 + 对象指针各 8 字节）。若目标平台不支持 16 字节原子操作（例如某些 32 位系统或旧 CPU），std::atomic<:shared_ptr>>::is_lock_free() 返回 false，此时内部会退化为互斥锁保护——这会显著影响性能，且破坏 lock-free 语义。

只能用于 load/store/compare_exchange，不能 ++/-- 或算术运算

std::shared_ptr 本身不可比较大小、不可加减，所以它的原子特化也只支持最基础的原子操作：

• load() 和 store()：线程安全地读/写整个智能指针对象（含控制块指针和所指对象指针）
• compare_exchange_weak() / compare_exchange_strong()：CAS 操作，常用于无锁栈、无锁链表等结构
• 不支持 operator++、fetch_add 等——这些对 shared_ptr 无意义

注意：CAS 比较的是两个 std::shared_ptr 是否指向同一对象（即 get() == get() 且控制块地址一致），不是值相等（*a == *b）。

引用计数更新仍是线程安全的，但与原子操作正交

std::atomic<:shared_ptr>> 保证的是“指针值”的原子替换；而 shared_ptr 自身的引用计数增减（如拷贝、赋值、析构）仍由其内部原子计数器（通常是 std::atomic）保证，这部分与 std::atomic<...> 无关。

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这意味着：

• 你用 atomic_ptr.store(p) 替换一个 shared_ptr，不会自动增加 p 的引用计数——那是你传入的 p 自己的事
• 多个线程同时对同一个 std::shared_ptr 实例做拷贝（非原子容器内），仍是线程安全的（因引用计数操作是原子的）
• 但若多个线程通过不同 std::atomic<:shared_ptr>> 实例反复交换、读取、重置同一组 shared_ptr，需确保生命周期管理清晰，否则易出现 ABA 或悬空指针

典型用法：无锁发布-订阅或单写多读指针切换

最常见场景是让多个读者线程安全地看到最新的 shared_ptr，而写线程独占更新。例如：

std::atomic> g_data{nullptr};
// writer
auto new_ptr = std::make_shared(42);
g_data.store(new_ptr, std::memory_order_release);
// reader
auto ptr = g_data.load(std::memory_order_acquire);
if (ptr) {
std::cout << *ptr << "\n"; // 安全解引用：ptr 非空，且所指对象仍在生命周期内
}

这里的关键是：store 和 load 的内存序必须配对（如 release/acquire），否则读者可能看到部分写入的指针值（高位/低位不一致）。别忘了检查 ptr 是否为空——因为 load 可能返回旧值或空值。

真正容易被忽略的是：即使 std::atomic<:shared_ptr>> 是 lock-free 的，也不能替代对共享数据本身的同步。它只保“指针值”原子，不保“指针所指对象”的访问线程安全——那个还得靠 std::mutex、RCU 或其他手段。