weak_ptr 的性能損失是什么？

Question

我目前正在為游戲設計一個對象結構，在我的案例中，最自然的組織變成了一棵樹。 作為智能指針的忠實粉絲，我只使用shared_ptr 。 但是，在這種情況下，樹中的子節點將需要訪問它的父節點（例如——地圖上的生物需要能夠訪問地圖數據——因此他們的父節點的數據。

擁有的方向當然是地圖擁有它的存在，因此擁有指向它們的共享指針。 然而，要從存在中訪問地圖數據，我們需要一個指向父級的指針——智能指針的方式是使用引用，即weak_ptr 。

然而，我曾經讀到鎖定weak_ptr是一項昂貴的操作——也許這不再是真的——但考慮到weak_ptr會經常被鎖定，我擔心這種設計注定會導致性能不佳。

因此問題是：

鎖定weak_ptr 的性能損失是什么？ 它有多重要？

Answer 1

來自 Boost 1.42 源代碼（ <boost/shared_ptr/weak_ptr.hpp>第 155 行）：

shared_ptr<T> lock() const // never throws
{
    return shared_ptr<element_type>( *this, boost::detail::sp_nothrow_tag() );
}

因此，James McNellis 的評論是正確的； 這是復制構造shared_ptr的成本。

Answer 2

對於我自己的項目，我能夠通過在任何 boost 包含之前添加#define BOOST_DISABLE_THREADS來顯着提高性能。 這避免了 weak_ptr::lock 的自旋鎖/互斥開銷，這在我的項目中是一個主要瓶頸。 由於該項目不是多線程 wrt boost，我可以做到這一點。

Answer 3

使用/取消引用shared_ptr幾乎就像訪問原始 ptr，與常規指針訪問相比，鎖定weak_ptr是一種性能“重”操作，因為此代碼必須“線程感知”才能正常工作，以防萬一另一個線程觸發釋放指針引用的對象。 至少，它必須執行某種互鎖/原子操作，根據定義，這種操作比常規內存訪問慢得多。

像往常一樣，查看發生了什么的一種方法是檢查生成的代碼：

#include <memory>

class Test
{
public:
    void test();
};

void callFuncShared(std::shared_ptr<Test>& ptr)
{
    if (ptr)
        ptr->test();
}

void callFuncWeak(std::weak_ptr<Test>& ptr)
{
    if (auto p = ptr.lock())
        p->test();
}

void callFuncRaw(Test* ptr)
{
    if (ptr)
        ptr->test();
}

通過 shared_ptr 和原始指針訪問是一樣的。 由於shared_ptr是作為引用傳遞的，我們需要加載引用的值，這就是為什么shared_ptr版本的區別只是一個額外的加載。

callFuncShared:

callFuncWeak：

通過weak_ptr調用會產生10 倍的代碼，並且它最多必須通過鎖定的比較交換，這本身將比取消引用raw 或shared_ptr 花費10 倍以上的CPU 時間：

只有當共享計數器不為零時，它才能加載指向實際對象的指針並使用它（通過調用對象，或創建shared_ptr ）。