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std::shared_ptr 的引用计数是原子的——但你知道这“原子“到底多贵吗

article 2026/4/22 7:34:31
一个shared_ptr的拷贝，在单线程无竞争的情况下大约 5-8 纳秒（具体数字因 CPU 微架构和频率而异，下文的延迟数据均取典型 x86 服务器芯片的量级）。在 8 个线程同时拷贝同一个对象的shared_ptr时，这个数字可以膨胀到 200 纳秒以上。40 倍。不是因为你写了锁，不是因为你搞了什么复杂的同步原语。只是拷贝了一个"线程安全"的智能指针。这篇文章要做一件事：把shared_ptr引用计数那个"原子操作"的真实代价，一笔一笔拆给你看。不讲泛泛的"原子操作有开销"，而是从控制块的内存布局、CPU 的原子指令、缓存一致性协议、内存屏障、再到多线程竞争的放大效应，逐项量化。先摊开底牌：控制块的内存布局讨论原子操作的代价之前，先看清楚我们在操作什么东西。一个shared_ptrT的大小是两个裸指针，16 字节（64 位平台）。第一个指向被管理的对象T，第二个指向控制块（control block）。控制块是引用计数的承载体，所有共享同一个对象的shared_ptr和weak_ptr都指向同一个控制块实例。在 libstdc++（GCC 的标准库实现）里，控制块的核心基类叫_Sp_counted_base，位于bits/shared_ptr_base.h。它的关键成员只有两个：

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