直接用 std::atomic 操作指针易出错,因标准不保证其 lock-free;节点须 trivially copyable、无虚函数/引用/非平凡析构;需运行时检查 is_lock_free(),防范 aba、内存序错误及节点复用风险。

为什么直接用 std::atomic 操作指针会出错?
因为 C++ 标准不保证 std::atomic<t></t> 对任意自定义类型 T 的 CAS 操作是 lock-free 的,尤其当 T 含有非平凡析构函数或对齐要求时,is_lock_free() 很可能返回 false。底层可能退化为互斥锁模拟,彻底失去无锁意义。
- 务必在运行时检查:
stack_head.is_lock_free(),不能只看编译期std::atomic<t>::is_always_lock_free</t> - 节点必须是 trivially copyable,且避免虚函数、引用、非平凡构造/析构——否则原子操作行为未定义
- 典型翻车点:在节点里放
std::string或std::vector,哪怕只是临时测试,也会让compare_exchange_weak静默失效
compare_exchange_weak 循环里为什么总要重读 head?
不是为了“更新变量”,而是因为 ABA 问题下,head 地址虽未变,但指向的对象可能已被释放又重用。CAS 成功只说明地址没被别人改过,不代表节点仍有效;循环开头重读,是配合后续的内存序与释放策略做安全判断。
- 标准写法是把读 head 放在循环最外层,而不是只在 CAS 失败后读——否则漏掉并发 pop 导致的 head 变更
- 必须搭配
memory_order_acquire(pop)和memory_order_release(push),否则编译器/CPU 乱序会让其他线程看到节点成员未初始化的状态 - 别用
compare_exchange_strong替代:它在弱一致性平台上可能死循环,而 weak 的 spurious failure 正是用来规避总线争抢的
如何安全地复用已弹出的节点?
无锁栈里节点不能直接 delete,否则其他线程可能正用着旧指针。常见做法是延迟回收,但实现方式直接影响正确性。
- 最简方案:用
std::shared_ptr包裹节点,push/pop 全用原子智能指针——但注意std::atomic<:shared_ptr></:shared_ptr>在 C++20 前不是标准支持,且引用计数本身有锁开销 - 实用折中:自己维护一个 per-thread 的本地回收链表,配合 epoch-based reclamation(EBR)或 hazard pointer,但 EBR 实现稍重,hazard pointer 需额外管理指针注册
- 最容易忽略的一点:即使用了
std::shared_ptr,也要确保所有线程对同一节点的访问都通过该智能指针,不能混用裸指针——否则引用计数失效
为什么 push 和 pop 的内存序不能都用 relaxed?
因为 relaxed 内存序不提供同步语义,会导致其他线程看到节点数据(比如 data 字段)是未初始化的垃圾值,哪怕 CAS 已成功。
立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;
- push 中写节点数据必须在 CAS 更新 head 之前,且用
memory_order_relaxed写数据没问题,但 CAS 必须用memory_order_release - pop 中读 head 后,必须用
memory_order_acquire才能确保看到 push 时写入的完整节点内容 - 如果平台是 x86,relaxed 有时也“碰巧”工作,但这属于架构巧合,换到 ARM 或 RISC-V 就立刻崩溃










