C++并发实战19：lock free编程

#include <atomic>
#include <memory>
<p>template<typename T>
class lock_free_stack // 栈的底层数据结构采用单向链表实现
{
private:
struct node
{
std::shared_ptr<T> data; // 这里采用shared<em>ptr管理的好处在于：若栈内存放对象，pop中return栈顶对象可能拷贝异常，栈内只存储指针还可以提高性能
node* next;
node(T const& data</em>) : data(std::make<em>shared<T>(data</em>)) // 注意make_shared比直接shared_ptr构造的内存开销小
{}
};
std::atomic<node*> head; // 采用原子类型管理栈顶元素，主要利用atomic::compare_exchange_weak实现lock free</p><p>public:
void push(T const& data)
{
node* const new_node = new node(data);
new_node->next = head.load(); // 每次从链表头插入
while (!head.compare_exchange_weak(new_node->next, new_node)); // 若head==new_node->next则更新head为new_node，返回true结束循环，插入成功；若head!=new_node->next表明有其它线程在此期间对head操作了，将new_node->next更新为新的head，返回false，继续进入下一次while循环。这里采用atomic::compare_exchange_weak比atomic::compare_exchange_strong快，因为compare_exchange_weak可能在元素相等的时候返回false所以适合在循环中，而atomic::compare_exchange_strong保证了比较的正确性，不适合用于循环
}</p><pre class="brush:php;toolbar:false;"><code>std::shared_ptr<T> pop()
{
    node* old_head = head.load(); // 拿住栈顶元素，但是可能后续被更新，更新发生在head!=old_head时
    while (old_head && !head.compare_exchange_weak(old_head, old_head->next)); // 这里注意首先要先判断old_head是否为nullptr防止操作空链表，然后按照compare_exchange_weak语义更新链表头结点。若head==old_head则更新head为old_head->next并返回true，结束循环，删除栈顶元素成功；若head!=old_head表明在此期间有其它线程操作了head，因此更新old_head为新的head，返回false进入下一轮循环，直至删除成功。
    return old_head ? old_head->data : std::shared_ptr<T>(); // 这里注意空链表时返回的是一个空的shared_ptr对象
} // 这里只是lock free，由于while循环可能无限期循环不能在有限步骤内完成，故不是wait free