danielanderson.net What we’ll learn today • How shared_ptr is implemented under the hood • Atomics and concurrency patterns • How existing atomic<shared_ptr> are implemented (the split reference count technique) used for • You’ve heard of shared_ptr Things we won’t cover • Alias pointers, weak pointers4 Daniel Anderson -- danielanderson.net What we’ll learn today • How shared_ptr is implemented under the the hood • Atomics and concurrency patterns • How existing atomic<shared_ptr> are implemented (the split reference count technique) • Deferred reclamation, i.e., garbage collection in C++ Some assumed

针。比如右边这样： 更智能的指针： shared_ptr • 使用起来很困难的原因，在于 unique_ptr 解决重复释放 的方式是禁止拷贝，这样虽然有效率高的优势，但导致使 用困难，容易犯错等。 • 相比之下， 牺牲效率换来自由度的 shared_ptr 则允许 拷贝，他解决重复释放的方式是通过引用计数： 1. 当一个 shared_ptr 初始化时，将计数器设为 1 。 2. 当一个 shared_ptr 被拷贝时，计数器加 1 。 3. 当一个 shared_ptr 被解构时，计数器减 1 。减到 0 时 ，则自动销毁他指向的对象。 • 从而可以保证，只要还有存在哪怕一个指针指向该对象 ，就不会被解构。 更智能的指针： shared_ptr （续） • 我们可以使用 p.use_count() 来获取当前 指针的引用计数，看看他是不是在智能地 增减引用计数器。 增减引用计数器。 注意 p.func() 是 shared_ptr 类型本身的成 员函数，而 p->func() 是 p 指向对象（也 就是 C ）的成员函数，不要混淆。 不影响 shared_ptr 计数：弱引用 weak_ptr • 有时候我们希望维护一个 shared_ptr 的弱引用 weak_ptr ，即：弱引用的拷贝与解构不影响其 引用计数器。 • 之后有需要时，可以通过 lock()

ssstd::make_shared(n) std::shared_ptr(block) Control Block T T T T T …my::shared_ptr Control Block T T T T T T … int ref_cnt; int size; my::shared_ptr(block)I will write it myself // Cast and initialize the control block // Cast and initialize each T // return my::shared_ptr(block); } // FixMe: What about alignment? // ToDo: Are these reinterpret_casts safe? // CheckThis: T> auto my::make_shared(int n) { Block* block = fc::make>(n) // return my::shared_ptr(block); } (n, 0); https://godbolt.org/z/v3hdhYnaT auto begin = block->data.begin(); auto

Stephan T. Lavavej Tuesday, September 15 • 13:30Concurrency Changes35 Atomic Smart Pointers  Is shared_ptr thread safe?  Yes: control block manipulation thread safe  guarantees object is deleted exactly  Error-prone, easy to accidently not use global non-member atomic operations  C++20: atomic<shared_ptr>  Might use mutex internally  Global non-member atomic operations are deprecated36 Atomic T t; shared_ptr next; }; atomic_shared_ptr head; // in C++11: remove "atomic_" and use special // functions every time you touch head public: class reference { shared_ptr

，就可以对猫和狗都适用，实现代码的复用（ dont-repeat-yourself ）， 也让函数的作者不必去关注点从猫和狗的其他具体细节，只需把握住他们统一具有的“吃”这个接口。 小知识： shared_ptr 如何深拷贝？ 浅拷贝： 深拷贝： 思考：能不能把拷贝构造函数也作为虚函数？ • 现在我们的需求有变，不是去对同一个对象调用两次 eatTwice ，而是先把对象复制一份 拷贝，然后对对象本身和他的拷贝都调用一次 IObjectClone 模板 类。其模板参数是他的派生类 Derived 。 • 然后在这个 IObjectClone 里实现 clone 即可。那为什么需要派生类作为模板参数 ？ • 因为 shared_ptr 的深拷贝需要知道对象具 体的类型。注意这里不仅 make_shared 的参数有 Derived ， this 指针（原本是 IObjectClone const * 类型）也需要转化成 个端口上，比如 {“PrimitiveCreate”, “prim”} 就表示这个端口连接了 PrimitiveCreate 节点的 prim 输出端口。 • （ zany 是 shared_ptr 的缩 写） 一个节点的定义，以 MakeBoxPrimitive 为例 MaxBoxPrimitive 节点的内部： apply 的定义 通过 get_input(“name”)

所以 cpp 之父曾经说，他设计 cpp11 的时候，是考虑“如何在对语言本身改动最小的情况下 ，尽量只在标准库里做手脚，尽可能只利用现有的语言特性，实现 cpp 的现代化。” • 例如 shared_ptr 可以通过利用语言本身的“拷贝构造函数”实现引用计数，没必要在编译器里 开洞。但“移动语义”这个概念在旧 cpp 里没有，所以这个是真正必要的语言本身的改动。 • 而 java 就是在语言层面，直接在 举例：常见容器及其相应的弱引用 强引用 弱引用 string string_view wstring wstring_view vector span unique_ptr T * shared_ptr weak_ptr 字符串用 substr 切片 • 熟悉 Python 的同学对切片 (slice) 操作肯定不陌生，例如： • “hello”[1:1+3] 会得到 “ ell”

Garbage collection is really “automatic memory management”. - Reference counted - C++ – std::shared_ptr - Python - Objective-C (manual or automatic – see ARC) - Swift - COM – AddRef()/Release()

Extensible to user-defined contiguous ranges25 And More!26 So Many New Features, Including: • atomic<shared_ptr>, atomic> • GH-601 by AdamBucior • (bit_cast, rotating/counting, power-of-2)

new/delete 的容器：我是说，内存分配在堆上的容器 • 存储在堆上（妨碍优化）： • vector, map, set, string, function, any • unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr • 存储在栈上（利于优化）： • array, bitset, glm::vec, string_view • pair, tuple, optional, variant