C++11智能指针

今晚跟同学谈了一下智能指针，突然想要看一下C++11的智能指针的实现，因此下了这篇博文。

 

以下代码出自于VS2012 <memory>

template<class _Ty>
class shared_ptr
: public _Ptr_base<_Ty>
{    // class for reference counted resource management
public:
typedef shared_ptr<_Ty> _Myt;
typedef _Ptr_base<_Ty> _Mybase;

shared_ptr() _NOEXCEPT
{    // construct empty shared_ptr object
}

template<class _Ux>
explicit shared_ptr(_Ux *_Px)
{    // construct shared_ptr object that owns _Px
_Resetp(_Px);
}

template<class _Ux,
class _Dx>
shared_ptr(_Ux *_Px, _Dx _Dt)
{    // construct with _Px, deleter
_Resetp(_Px, _Dt);
}

//#if _HAS_CPP0X

shared_ptr(nullptr_t)
{    // construct with nullptr
_Resetp((_Ty *)0);
}

template<class _Dx>
shared_ptr(nullptr_t, _Dx _Dt)
{    // construct with nullptr, deleter
_Resetp((_Ty *)0, _Dt);
}

template<class _Dx,
class _Alloc>
shared_ptr(nullptr_t, _Dx _Dt, _Alloc _Ax)
{    // construct with nullptr, deleter, allocator
_Resetp((_Ty *)0, _Dt, _Ax);
}

template<class _Ux,
class _Dx,
class _Alloc>
shared_ptr(_Ux *_Px, _Dx _Dt, _Alloc _Ax)
{    // construct with _Px, deleter, allocator
_Resetp(_Px, _Dt, _Ax);
}
//#endif /* _HAS_CPP0X */

#if _HAS_CPP0X
template<class _Ty2>
shared_ptr(const shared_ptr<_Ty2>& _Right, _Ty *_Px) _NOEXCEPT
{    // construct shared_ptr object that aliases _Right
this->_Reset(_Px, _Right);
}
#endif /* _HAS_CPP0X */

shared_ptr(const _Myt& _Other) _NOEXCEPT
{    // construct shared_ptr object that owns same resource as _Other
this->_Reset(_Other);
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(const shared_ptr<_Ty2>& _Other,
typename enable_if<is_convertible<_Ty2 *, _Ty *>::value,
void>::type ** = 0) _NOEXCEPT
{    // construct shared_ptr object that owns same resource as _Other
this->_Reset(_Other);
}

template<class _Ty2>
explicit shared_ptr(const weak_ptr<_Ty2>& _Other,
bool _Throw = true)
{    // construct shared_ptr object that owns resource *_Other
this->_Reset(_Other, _Throw);
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(auto_ptr<_Ty2>&& _Other)
{    // construct shared_ptr object that owns *_Other.get()
this->_Reset(_STD move(_Other));
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(const shared_ptr<_Ty2>& _Other, const _Static_tag& _Tag)
{    // construct shared_ptr object for static_pointer_cast
this->_Reset(_Other, _Tag);
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(const shared_ptr<_Ty2>& _Other, const _Const_tag& _Tag)
{    // construct shared_ptr object for const_pointer_cast
this->_Reset(_Other, _Tag);
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(const shared_ptr<_Ty2>& _Other, const _Dynamic_tag& _Tag)
{    // construct shared_ptr object for dynamic_pointer_cast
this->_Reset(_Other, _Tag);
}

shared_ptr(_Myt&& _Right) _NOEXCEPT
: _Mybase(_STD forward<_Myt>(_Right))
{    // construct shared_ptr object that takes resource from _Right
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(shared_ptr<_Ty2>&& _Right,
typename enable_if<is_convertible<_Ty2 *, _Ty *>::value,
void>::type ** = 0) _NOEXCEPT
: _Mybase(_STD forward<shared_ptr<_Ty2> >(_Right))
{    // construct shared_ptr object that takes resource from _Right
}

#if _HAS_CPP0X
template<class _Ux,
class _Dx>
shared_ptr(unique_ptr<_Ux, _Dx>&& _Right)
{    // construct from unique_ptr
_Resetp(_Right.release(), _Right.get_deleter());
}

template<class _Ux,
class _Dx>
_Myt& operator=(unique_ptr<_Ux, _Dx>&& _Right)
{    // move from unique_ptr
shared_ptr(_STD move(_Right)).swap(*this);
return (*this);
}
#endif /* _HAS_CPP0X */

_Myt& operator=(_Myt&& _Right) _NOEXCEPT
{    // construct shared_ptr object that takes resource from _Right
shared_ptr(_STD move(_Right)).swap(*this);
return (*this);
}

template<class _Ty2>
_Myt& operator=(shared_ptr<_Ty2>&& _Right) _NOEXCEPT
{    // construct shared_ptr object that takes resource from _Right
shared_ptr(_STD move(_Right)).swap(*this);
return (*this);
}

~shared_ptr() _NOEXCEPT
{    // release resource
this->_Decref();
}

_Myt& operator=(const _Myt& _Right) _NOEXCEPT
{    // assign shared ownership of resource owned by _Right
shared_ptr(_Right).swap(*this);
return (*this);
}

template<class _Ty2>
_Myt& operator=(const shared_ptr<_Ty2>& _Right) _NOEXCEPT
{    // assign shared ownership of resource owned by _Right
shared_ptr(_Right).swap(*this);
return (*this);
}

template<class _Ty2>
_Myt& operator=(auto_ptr<_Ty2>&& _Right)
{    // assign ownership of resource pointed to by _Right
shared_ptr(_STD move(_Right)).swap(*this);
return (*this);
}

void reset() _NOEXCEPT
{    // release resource and convert to empty shared_ptr object
shared_ptr().swap(*this);
}

template<class _Ux>
void reset(_Ux *_Px)
{    // release, take ownership of _Px
shared_ptr(_Px).swap(*this);
}

template<class _Ux,
class _Dx>
void reset(_Ux *_Px, _Dx _Dt)
{    // release, take ownership of _Px, with deleter _Dt
shared_ptr(_Px, _Dt).swap(*this);
}

//#if _HAS_CPP0X
template<class _Ux,
class _Dx,
class _Alloc>
void reset(_Ux *_Px, _Dx _Dt, _Alloc _Ax)
{    // release, take ownership of _Px, with deleter _Dt, allocator _Ax
shared_ptr(_Px, _Dt, _Ax).swap(*this);
}
//#endif /* _HAS_CPP0X */

void swap(_Myt& _Other) _NOEXCEPT
{    // swap pointers
this->_Swap(_Other);
}

_Ty *get() const _NOEXCEPT
{    // return pointer to resource
return (this->_Get());
}

typename add_reference<_Ty>::type operator*() const _NOEXCEPT
{    // return reference to resource
return (*this->_Get());
}

_Ty *operator->() const _NOEXCEPT
{    // return pointer to resource
return (this->_Get());
}

bool unique() const _NOEXCEPT
{    // return true if no other shared_ptr object owns this resource
return (this->use_count() == 1);
}

_TYPEDEF_BOOL_TYPE;

_OPERATOR_BOOL() const _NOEXCEPT
{    // test if shared_ptr object owns no resource
return (this->_Get() != 0 ? _CONVERTIBLE_TO_TRUE : 0);
}

private:
template<class _Ux>
void _Resetp(_Ux *_Px)
{    // release, take ownership of _Px
_TRY_BEGIN    // allocate control block and reset
_Resetp0(_Px, new _Ref_count<_Ux>(_Px));
_CATCH_ALL    // allocation failed, delete resource
delete _Px;
_RERAISE;
_CATCH_END
}

template<class _Ux,
class _Dx>
void _Resetp(_Ux *_Px, _Dx _Dt)
{    // release, take ownership of _Px, deleter _Dt
_TRY_BEGIN    // allocate control block and reset
_Resetp0(_Px, new _Ref_count_del<_Ux, _Dx>(_Px, _Dt));
_CATCH_ALL    // allocation failed, delete resource
_Dt(_Px);
_RERAISE;
_CATCH_END
}

//#if _HAS_CPP0X
template<class _Ux,
class _Dx,
class _Alloc>
void _Resetp(_Ux *_Px, _Dx _Dt, _Alloc _Ax)
{    // release, take ownership of _Px, deleter _Dt, allocator _Ax
typedef _Ref_count_del_alloc<_Ux, _Dx, _Alloc> _Refd;
typename _Alloc::template rebind<_Refd>::other _Al = _Ax;

_TRY_BEGIN    // allocate control block and reset
_Refd *_Ptr = _Al.allocate(1);
::new (_Ptr) _Refd(_Px, _Dt, _Al);
_Resetp0(_Px, _Ptr);
_CATCH_ALL    // allocation failed, delete resource
_Dt(_Px);
_RERAISE;
_CATCH_END
}
//#endif /* _HAS_CPP0X */

public:
template<class _Ux>
void _Resetp0(_Ux *_Px, _Ref_count_base *_Rx)
{    // release resource and take ownership of _Px
this->_Reset0(_Px, _Rx);
_Enable_shared(_Px, _Rx);
}
};

 

我们可以看到shared_ptr是继承于_Ptr_base的，（同时weak_ptr也继承与_Ptr_base)

那么我们先来看一下_Ptr_base里有什么东西

 

首先我们可以看到_Ptr_base里面有两个属性

private:
_Ty *_Ptr;
_Ref_count_base *_Rep;

从shared_ptr我们知道_Ptr_base是个模板，而_Ty是传到_Ptr_base里的模板参数，也就是指针的类型

所以我们知道 _Ptr 保存的值就是真正的指针

但是 _Ref_count_base *_Rep 是什么东西呢，很明显就是引用计数。为什么要用指针呢，因为拥有相同_Ptr值的智能指针要拥有同一个引用计数，因此 _Rep 必须为指针。我们把引用计数类_Ref_count_base 放到后面去讨论。

 

我们继续看一下shared_ptr的源码可以发现shared_ptr没有显式调用_Ptr_base的构造函数，这意味着shared_ptr只调用_Ptr_base的默认构造函数，但是

shared_ptr的构造函数里大量的调用了两个函数 _Resetp 和 _Reset。

 

------------------------------------------------------------ _Ptr_base的构造函数 -------------------------------------------------------------------

 

我们先看一下_Ptr_base的构造函数

_Ptr_base()
: _Ptr(0), _Rep(0)
{    // construct
}

_Ptr_base(_Myt&& _Right)
: _Ptr(0), _Rep(0)
{    // construct _Ptr_base object that takes resource from _Right
_Assign_rv(_STD forward<_Myt>(_Right));
}

template<class _Ty2>
_Ptr_base(_Ptr_base<_Ty2>&& _Right)
: _Ptr(_Right._Ptr), _Rep(_Right._Rep)
{    // construct _Ptr_base object that takes resource from _Right
_Right._Ptr = 0;
_Right._Rep = 0;
}

_Ptr_base的默认构造函数是指针置位nullptr，这没什么好说的。剩下两个是转移构造函数，比较奇怪的是

template<class _Ty2>
_Ptr_base(_Ptr_base<_Ty2>&& _Right)

接受以任意类型作为模板参数的_Ptr_base？不懂，估计与shared_ptr向上转型有关。

 

 ------------------------------------------------------------ _Ptr_base的_Resetp函数 -------------------------------------------------------------

 

然后我们看一下_Resetp函数

template<class _Ux>
void _Resetp(_Ux *_Px)
{    // release, take ownership of _Px
_TRY_BEGIN    // allocate control block and reset
_Resetp0(_Px, new _Ref_count<_Ux>(_Px));
_CATCH_ALL    // allocation failed, delete resource
delete _Px;
_RERAISE;
_CATCH_END
}

template<class _Ux,
class _Dx>
void _Resetp(_Ux *_Px, _Dx _Dt)
{    // release, take ownership of _Px, deleter _Dt
_TRY_BEGIN    // allocate control block and reset
_Resetp0(_Px, new _Ref_count_del<_Ux, _Dx>(_Px, _Dt));
_CATCH_ALL    // allocation failed, delete resource
_Dt(_Px);
_RERAISE;
_CATCH_END
}

//#if _HAS_CPP0X
template<class _Ux,
class _Dx,
class _Alloc>
void _Resetp(_Ux *_Px, _Dx _Dt, _Alloc _Ax)
{    // release, take ownership of _Px, deleter _Dt, allocator _Ax
typedef _Ref_count_del_alloc<_Ux, _Dx, _Alloc> _Refd;
typename _Alloc::template rebind<_Refd>::other _Al = _Ax;

_TRY_BEGIN    // allocate control block and reset
_Refd *_Ptr = _Al.allocate(1);
::new (_Ptr) _Refd(_Px, _Dt, _Al);
_Resetp0(_Px, _Ptr);
_CATCH_ALL    // allocation failed, delete resource
_Dt(_Px);
_RERAISE;
_CATCH_END
}

_Resetp函数有三个重载，实际上就是 是否带析构器_Dx 和 是否带构造器_Alloc， 这两个参数都用于引用计数，我们继续留到后面讨论。

 

_Resetp函数的三个重载里又都调用了_Resetp0

template<class _Ux>
void _Resetp0(_Ux *_Px, _Ref_count_base *_Rx)
{    // release resource and take ownership of _Px
this->_Reset0(_Px, _Rx);
_Enable_shared(_Px, _Rx);
}

这里又调用了父类_Ptr_base的_Reset0 和另一个函数_Enable_shared

先看一下_Reset0

void _Reset0(_Ty *_Other_ptr, _Ref_count_base *_Other_rep)
{    // release resource and take new resource
if (_Rep != 0)
_Rep->_Decref();
_Rep = _Other_rep;
_Ptr = _Other_ptr;
}

就是检查一下当前_Ptr_base引用计数指针是否为空，非空就释放一个引用计数，然后更新指针值和引用计数值

（为什么叫_Reset0？ 0表示最基本的Reset？）

 

再看一下_Enable_shared

template<class _Ty>
inline void _Enable_shared(_Ty *_Ptr, _Ref_count_base *_Refptr,
typename _Ty::_EStype * = 0)
{    // reset internal weak pointer
if (_Ptr)
_Do_enable(_Ptr,
(enable_shared_from_this<typename _Ty::_EStype>*)_Ptr, _Refptr);
}

inline void _Enable_shared(const volatile void *, const volatile void *)
{    // not derived from enable_shared_from_this; do nothing
}

这里用了模板的最特化匹配

当_Ty有定义_EStype这个类型名的时候（也就是_Ty继承于enable_shared_from_this<_Ty>的时候）会调用第一个函数。

这里我简单描述一下_Do_enable的作用：

因为_Ty继承于enable_shared_from_this<typename _Ty::_EStype>（实际上_Ty::_EStype就是_Ty，有兴趣的朋友可以去看一下　enable_shared_from_this的源码），enable_shared_from_this<typename _Ty::_EStype>内部保存着一个weak_ptr<_Ty>的弱指针，而_Do_enable的作用就是更新一下这个弱指针的值（使用过shared_ptr的朋友都应该知道enable_shared_from_this是用于共享this指针，而这个共享this指针的操作就是通过这个weak_ptr达到的）。

 

 ------------------------------------------------------------ shared_ptr的构造函数 -------------------------------------------------------------

 

接着我们看一下shared_ptr的调用了_reset的构造函数

shared_ptr(const _Myt& _Other) _NOEXCEPT
{    // construct shared_ptr object that owns same resource as _Other
this->_Reset(_Other);
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(const shared_ptr<_Ty2>& _Other,
typename enable_if<is_convertible<_Ty2 *, _Ty *>::value,
void>::type ** = 0) _NOEXCEPT
{    // construct shared_ptr object that owns same resource as _Other
this->_Reset(_Other);
}

template<class _Ty2>
explicit shared_ptr(const weak_ptr<_Ty2>& _Other,
bool _Throw = true)
{    // construct shared_ptr object that owns resource *_Other
this->_Reset(_Other, _Throw);
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(auto_ptr<_Ty2>&& _Other)
{    // construct shared_ptr object that owns *_Other.get()
this->_Reset(_STD move(_Other));
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(const shared_ptr<_Ty2>& _Other, const _Static_tag& _Tag)
{    // construct shared_ptr object for static_pointer_cast
this->_Reset(_Other, _Tag);
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(const shared_ptr<_Ty2>& _Other, const _Const_tag& _Tag)
{    // construct shared_ptr object for const_pointer_cast
this->_Reset(_Other, _Tag);
}

template<class _Ty2>
shared_ptr(const shared_ptr<_Ty2>& _Other, const _Dynamic_tag& _Tag)
{    // construct shared_ptr object for dynamic_pointer_cast
this->_Reset(_Other, _Tag);
}

这里又用到了模板的最特化匹配，注意L1 - L12

　　is_convertible<_Ty2 *, _Ty *>::value

是C++11提供的一个类型测试模板，用于测试_Ty2 * 与 _Ty *之间是否有合法转换。当有的时候将调用函数L6 - L12，否则调用L1 - L4

这也是shared_ptr<_Ty>可以向shared_ptr<_Ty的父类>向上转型的秘密。

 

PS：注意shared_ptr还有一个转移构造函数与上面提到的_Ptr_base的转移构造函数相对应

void _Reset()
{    // release resource
_Reset(0, 0);
}

template<class _Ty2>
void _Reset(const _Ptr_base<_Ty2>& _Other)
{    // release resource and take ownership of _Other._Ptr
_Reset(_Other._Ptr, _Other._Rep);
}

template<class _Ty2>
void _Reset(const _Ptr_base<_Ty2>& _Other, bool _Throw)
{    // release resource and take ownership from weak_ptr _Other._Ptr
_Reset(_Other._Ptr, _Other._Rep, _Throw);
}

template<class _Ty2>
void _Reset(const _Ptr_base<_Ty2>& _Other, const _Static_tag&)
{    // release resource and take ownership of _Other._Ptr
_Reset(static_cast<_Elem *>(_Other._Ptr), _Other._Rep);
}

template<class _Ty2>
void _Reset(const _Ptr_base<_Ty2>& _Other, const _Const_tag&)
{    // release resource and take ownership of _Other._Ptr
_Reset(const_cast<_Elem *>(_Other._Ptr), _Other._Rep);
}

template<class _Ty2>
void _Reset(const _Ptr_base<_Ty2>& _Other, const _Dynamic_tag&)
{    // release resource and take ownership of _Other._Ptr
_Elem *_Ptr = dynamic_cast<_Elem *>(_Other._Ptr);
if (_Ptr)
_Reset(_Ptr, _Other._Rep);
else
_Reset();
}

template<class _Ty2>
void _Reset(auto_ptr<_Ty2>&& _Other)
{    // release resource and take _Other.get()
_Ty2 *_Px = _Other.get();
_Reset0(_Px, new _Ref_count<_Elem>(_Px));
_Other.release();
_Enable_shared(_Px, _Rep);
}

#if _HAS_CPP0X
template<class _Ty2>
void _Reset(_Ty *_Ptr, const _Ptr_base<_Ty2>& _Other)
{    // release resource and alias _Ptr with _Other_rep
_Reset(_Ptr, _Other._Rep);
}
#endif /* _HAS_CPP0X */

void _Reset(_Ty *_Other_ptr, _Ref_count_base *_Other_rep)
{    // release resource and take _Other_ptr through _Other_rep
if (_Other_rep)
_Other_rep->_Incref();
_Reset0(_Other_ptr, _Other_rep);
}

void _Reset(_Ty *_Other_ptr, _Ref_count_base *_Other_rep, bool _Throw)
{    // take _Other_ptr through _Other_rep from weak_ptr if not expired
// otherwise, leave in default state if !_Throw,
// otherwise throw exception
if (_Other_rep && _Other_rep->_Incref_nz())
_Reset0(_Other_ptr, _Other_rep);
else if (_Throw)
_THROW_NCEE(bad_weak_ptr, 0);
}

View Code

实际上也就是转发一下到_Reset0函数

 

------------------------------------------------------------ _Ptr_base的_Resetw函数 ------------------------------------------------------------

 

除此之外，我们还可以发现_Ptr_base中还有几个类似的函数_Resetw，这几个函数是为了被weak_ptr调用的，在这里我们不详细说，但在下面讨论_Ref_count_base 的时候会被提及。

void _Resetw()
{    // release weak reference to resource
_Resetw((_Elem *)0, 0);
}

template<class _Ty2>
void _Resetw(const _Ptr_base<_Ty2>& _Other)
{    // release weak reference to resource and take _Other._Ptr
_Resetw(_Other._Ptr, _Other._Rep);
}

template<class _Ty2>
void _Resetw(const _Ty2 *_Other_ptr, _Ref_count_base *_Other_rep)
{    // point to _Other_ptr through _Other_rep
_Resetw(const_cast<_Ty2*>(_Other_ptr), _Other_rep);
}

template<class _Ty2>
void _Resetw(_Ty2 *_Other_ptr, _Ref_count_base *_Other_rep)
{    // point to _Other_ptr through _Other_rep
if (_Other_rep)
_Other_rep->_Incwref();
if (_Rep != 0)
_Rep->_Decwref();
_Rep = _Other_rep;
_Ptr = _Other_ptr;
}

 

--------------------------------------------------------------- _Ref_count_base ---------------------------------------------------------------

_Ref_count_base有两个虚函数，_Ref_count_base的几个子类（带析构器和带构造器）只是override了这两个函数，来产生不同的指针析构行为和自身析构行为。

virtual void _Destroy() = 0;
virtual void _Delete_this() = 0;

因此我们只需要研究_Ref_count_base本身就好。

 

_Ref_count_base带有两个数据成员（指针数据成员在具体子类里面）

_Atomic_counter_t _Uses;
_Atomic_counter_t _Weaks;

从名字可以猜测出来 _Uses 是shared_ptr的引用计数， _Weaks 是weak_ptr的引用计数

为什么我们需要 _Weaks 呢？ 因为在_Uses 引用计数为0（最后一个shared_ptr已经被析构）的时候我们就应该析构掉真正的指针，但问题是这个引用计数对象本身也是一个指针，那么这个引用计数也要在这时候被析构吗？使用过shared_ptr的朋友会知道，shared_ptr 有一个与之紧密相连的类 weak_ptr 实际上由一个shared_ptr 产生的weak_ptr是共享同一个引用计数对象的（这样子weak_ptr就可以知道真正的指针是否被析构掉了）。如果所以 shared_ptr 都被析构掉了同时其引用计数对象，但析构掉了，但有这个 shared_ptr  产生的 weak_ptr 仍然存在那么就可能导致 weak_ptr 访问一个已经被析构的指针。 因此应该是所有的 shared_ptr 与其 产生的weak_ptr 都被析构掉了，其引用计数对象才被析构掉。

 

我们可以从下面的减少引用计数函数看出来。

PS： #define _MT_DECR  _InterlockedIncrement(reinterpret_cast<volatile long *>(&x))

　　void _Decref()
{    // decrement use count
if (_MT_DECR(_Ignored, _Uses) == 0)
{    // destroy managed resource, decrement weak reference count
_Destroy();
_Decwref();
}
}

void _Decwref()
{    // decrement weak reference count
if (_MT_DECR(_Ignored, _Weaks) == 0)
_Delete_this();
}

与上面相对应的增加引用计数函数

PS： #define _MT_INCR(mtx, x)_InterlockedIncrement(reinterpret_cast<volatile long *>(&x))

　　void _Incref()
{    // increment use count
_MT_INCR(_Ignored, _Uses);
}

void _Incwref()
{    // increment weak reference count
_MT_INCR(_Ignored, _Weaks);
}

再补上 _Ref_count_base 的构造函数

　　_Ref_count_base()
{    // construct
_Init_atomic_counter(_Uses, 1);
_Init_atomic_counter(_Weaks, 1);
}

 

我们可以看到 _Ref_count_base 构造函数中对 _Uses 与 _Weaks 初始化引用计数为1，_Uses 为0时析构指针， _Weaks 为0时析构引用计数对象。

 

比较有趣的是我们可以从 weak_ptr 指针 lock 出一个 shared_ptr 指针的时候，会调用_Ref_count_base 类的函数 _Incref_nz，这个函数检查引用计数对象的引用计数是否为0，非零（未析构真正指针）的时候就可以增加一个引用计数。这里面为了 Lock-Free 调用了函数 _InterlockedCompareExchange。

bool _Incref_nz()
{    // increment use count if not zero, return true if successful
for (; ; )
{    // loop until state is known
#if defined(_M_IX86) || defined(_M_X64) || defined(_M_CEE_PURE)
_Atomic_integral_t _Count =
static_cast<volatile _Atomic_counter_t&>(_Uses);

if (_Count == 0)
return (false);

if (static_cast<_Atomic_integral_t>(_InterlockedCompareExchange(
reinterpret_cast<volatile long *>(&_Uses),
_Count + 1, _Count)) == _Count)
return (true);
#else /* defined(_M_IX86) || defined(_M_X64) || defined(_M_CEE_PURE) */
_Atomic_integral_t _Count =
_Load_atomic_counter_explicit(_Uses, memory_order_relaxed);

if (_Count == 0)
return (false);

if (_Compare_increment_atomic_counter_explicit(
_Uses, _Count, memory_order_relaxed))
return (true);
#endif /* defined(_M_IX86) || defined(_M_X64) || defined(_M_CEE_PURE) */
}
}

 因为 _Ref_count_base 里面的引用计数增加/减少都是Lock-Free的，因此对shared_ptr的引用计数是多线程安全的。

 

 --------------------------------------------------------------- shared_ptr的线程安全---------------------------------------------------------------

 多个线程同时对同一个shared_ptr的写操作是不安全的，因为其swap函数

　　void swap(_Myt& _Other) _NOEXCEPT
{    // swap pointers
this->_Swap(_Other);
}

调用了一个非线程安全函数_Ptr_base的_Swap

　　void _Swap(_Ptr_base& _Right)
{    // swap pointers
_STD swap(_Rep, _Right._Rep);
_STD swap(_Ptr, _Right._Ptr);
}

 

但是多个线程同时对共享引用计数的不同shared_ptr的写操作是安全的，因为对于真正的指针，shared_ptr只对其进行简单的读写不修改其指向的对象的内部状态，而且同一时刻只有一个线程对某个shared_ptr真正的指针进行读写，因此线程安全的。对于引用计数对象，虽然修改了其内部状态，但本身这种修改动作是线程安全的。所以我们可以推论多个线程同时对共享引用计数的不同shared_ptr的写操作也是安全的。

 

boost库对shared_ptr的描述也证明了这一点。

shared_ptr objects offer the same level of thread safety as builtin types.

 A shared_ptr instance can be "read" (accessed using only const operations) simultaneously by multiple threads. 

Different shared_ptr instances can be "written to" (accessed using mutable operations such as operator= or reset) simultaneosly 

by multiple threads (even when these instances are copies, and share the same reference count underneath.)

Any other simultaneous accesses result in undefined behavior.

翻译为中文如下：

shared_ptr 对象提供与内建类型一样的线程安全级别。一个 shared_ptr 实例可以同时被多个线程“读”（仅使用不变操作进行访问）。 不同的 shared_ptr 实例可以同时被多个线程“写入”（使用类似 operator= 或 reset 这样的可变操作进行访问）（即使这些实 例是拷贝，而且共享下层的引用计数）。
任何其它的同时访问的结果会导致未定义行为。”