同じクラスの同じインスタンスですが、動作が異なります。おそらく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; 
    } 

それはエラーなしでコンパイルされ、実行されます。しかし、私は以下で説明する問題はまだあります。私の目には

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

、それが期待されていない結果： NOTEQUALS は、私は上記のコード切れ端で野生の問題を抱えている

に等しいです。

特に、$1という行の比較が問題になります。つまり、最初はtrueを返すはずですが、この比較は常にfalseを返します。

私は混乱していたので、私はemptyとheadのメモリを調べて、実際には異なっています。 headは0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000（バイトになると）に等しく、OKと思われます。しかし、emptyは、 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x7f7f7f7f7fと等しくなります。より興味深いのは、$2のnextは0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000に等しいので、実際にはheadと同じです。しかし、例えば、curr,incrementedNextは0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x7f7f7f7f7fに等しい。 その動作は未定義であるため、未定義の動作が想定されますが、その理由は何ですか？私が正しく行っていないことは、この行動を教えてください。

P.S.私は$4のメモリリークについて知っていますが、今は無視しています。

g++ -latomic main.cpp -std=c++14でコンパイルしました。 私のgccのバージョンは6.1.0です。私もgcc 5.1.0でテストしました。結果は同じです。

@PeterCordesによって作成されたソースへのリンク：https://godbolt.org/g/X02QV8

Answer 1

パディング。 std::atomic::compare_exchange*は、2つのオブジェクトのメモリ表現を、memcmpのように比較します。構造体にパディングがある場合、その内容は不定であり、メンバワイズに等しい場合でも2つのインスタンスが区別されるようにすることができます（CountedNodeはoperator==も定義しません）。

64ビットビルドでは、counterの後にパディングがあり、問題が表示されます。 32ビットビルドでは、そうではありません。そうではありません。

EDIT：私は今、間違っていると信じています。完全性のためだけに保存​​されます。 std::atomic_initはパディングを0にすることはありません。この例は偶然にしか動作しないように見えます。

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head（だけでなく、Node::next）はstd::atomic_initで初期化する必要があります。代わりにそれと

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

、your example works as expected