相同類別的相同實例，但行為不同。 可能的UB

Question

#include <iostream>

#include <atomic>
#include <memory>


template<typename T>
class LockFreeQueue {
public:
    struct CountedNode;

private:
    std::atomic<CountedNode> head;
public:
    struct Node{
        explicit Node(const T& d) : next(CountedNode()), data(std::make_shared<T>(d)), node_counter(0) { }
        std::atomic<CountedNode> next;
        std::shared_ptr<T> data;
        std::atomic<unsigned> node_counter;
    };
    struct CountedNode {
        CountedNode() noexcept : node(nullptr), counter(0) {}
        explicit  CountedNode( const T& data) noexcept : node(new Node(data) /* $4 */), counter(0)  {}
        Node* node;
        int counter;
    };


    void push( const T& data)
    {
        CountedNode new_node(data), curr, incrementedNext, next /*($2) */;
        CountedNode empty; /*($3) */
        if (head.compare_exchange_strong(empty, new_node)) std::cout << "EQUALS\n"; // $1
        else std::cout << "NOT EQUALS\n";

        if (head.compare_exchange_strong(next, new_node)) std::cout << "EQUALS\n"; // $1
        else std::cout << "NOT EQUALS\n";
    }

};


int main() {
    LockFreeQueue<int> Q;
    Q.push(2);

    return 0;
}



    int main(){
    LockFreeQueue<int> Q;
    Q.push(2);

    return 0;
    }

好。 它編譯並執行沒有錯誤。 但是，仍然存在問題，我將在下面進行描述。

http://coliru.stacked-crooked.com/a/1fe71fafc5dde518

在我看來，結果出乎意料：NOTEQUALS EQUALS

我對上面的代碼有一個瘋狂的問題。

尤其是， $1行中的比較使我成為一個問題。 我的意思是，此比較總是返回false，盡管它應該在第一時間返回true。

我很困惑，所以我期待到內存中以便empty和head ，實際上它們是不同的。 head等於0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000 （涉及字節），似乎還可以。 但empty等於： 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x7f7f7f7f7f 。 next在$2更有趣的是等於0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000所以實際上，它等於head 。 但是，例如curr ， incrementedNext等於0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x7f7f7f7f7f 。 因此，這種行為是不確定的，因此我認為任何不確定的行為，但是為什么呢？ 我做錯了什么，請向我解釋這種行為。

PS我知道$4中的內存泄漏，但是現在我忽略了它。

我用以下g++ -latomic main.cpp -std=c++14編譯了它： g++ -latomic main.cpp -std=c++14 。 我的gcc版本是6.1.0。 我也在gcc 5.1.0上進行了測試。 結果是一樣的。

@PeterCordes創建的到源的鏈接： https ://godbolt.org/g/X02QV8

Answer 1

填充。 std::atomic::compare_exchange*比較兩個對象的內存表示，就像通過memcmp 。 如果結構具有填充，則其內容是不確定的，並且即使兩個實例在成員方面相等，也可能使兩個實例看起來不同（請注意， CountedNode甚至沒有定義operator== ）。

在64位版本中， counter后面有填充，您會看到問題。 在32位版本中，沒有，而您沒有。

編輯 ：我現在相信下面的部分是錯誤的； 僅保留完整性。 std::atomic_init不會做任何事情來使填充為零； 該示例似乎只是偶然地起作用。

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head （以及Node::next ）應該用std::atomic_init初始化：

std::atomic_init(&head, CountedNode());

完成后， 您的示例將按預期工作