如何实现不会溢出的原子参考计数器

我正在考虑基于原子整数的参考计数，这些原子可以免受溢出的影响。如何做？

请不要关注这种溢出是否是现实的问题。即使不是实际重要的任务，任务本身也引起了我的兴趣。

示例

参考计数的示例实现在boost.atomic中显示为一个示例。基于该示例，我们可以提取以下示例代码：

struct T
{
    boost::atomic<boost::uintmax_t> counter;
};
void add_reference(T* ptr)
{
    ptr->counter.fetch_add(1, boost::memory_order_relaxed);
}
void release_reference(T* ptr)
{
    if (ptr->counter.fetch_sub(1, boost::memory_order_release) == 1) {
        boost::atomic_thread_fence(boost::memory_order_acquire);
        delete ptr;
    }
}

此外，给出了解释

始终可以使用memory_order_relaxed来增加参考计数器：对对象的新引用只能从现有引用中形成，并且将现有参考从一个线程传递到另一个线程必须已经提供任何必需的同步。

在一个线程中（通过现有引用）在删除其他线程中删除对象之前实施对对象的任何可能访问。这是通过删除参考后的"释放"操作来实现的（通过此引用显然必须发生对对象的任何访问），然后在删除对象之前进行"获取"操作。

可以将memory_order_acq_rel用于fetch_sub操作，但是当参考计数器尚未达到零时，这会导致不需要的"获取"操作，并且可能施加性能罚款。

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看来BOOST.ATOMIC文档在这里可能是错误的。毕竟可能需要acq_rel。

至少是使用std::atomic完成boost::shared_ptr的实现（还有其他实现）。请参阅文件boost/smart_ptr/detail/sp_counted_base_std_atomic.hpp。

Herb Sutter还在他的演讲C 和2012年以后提到了这一点：Herb Sutter -Atomic＆lt;>武器，第2个（共2个）（参考计数部分开始于1:19:51）。另外，他似乎不鼓励在这次演讲中使用围栏。

感谢用户2501在下面的评论中指出。

＆lt;＆lt;＆lt;结束编辑

初始尝试

现在的问题是add_reference如书面（某个时候）溢出。它会默默地这样做。显然，当调用匹配的release_reference时，这可能会导致问题，以过早地破坏对象。（前提是然后再次调用add_reference到达1。）

我在想如何使add_reference检测溢出并优雅地失败而不会冒险。

与0进行比较，一旦我们离开fetch_add，就不会做到，因为在两个其他线程之间可以再次调用add_reference（到达1），然后再调用release_reference（错误地销毁生效的对象）。

首先检查（使用load）也无济于事。这样，其他一些线程可以在我们对load和fetch_add的调用之间添加自己的引用。

这是解决方案吗？

然后我认为也许我们可以从load开始，但是只有这样我们进行compare_exchange。

因此，首先我们进行load并获得本地值。如果是std::numeric_limits<boost::uintmax_t>::max()，那么我们失败了。 add_reference无法添加其他参考，因为已经采取了所有可能。

否则，我们将创建另一个本地值，即先前的本地参考计数加上1。

现在，我们执行compare_exchange作为预期值原始参考数（这确保在平均时间中没有其他线程修改的参考计数），并且作为所需值，逐渐增加的本地参考计数。

由于compare_exchange可能会失败，因此我们必须在循环中执行此操作（包括load）。直到检测到成功或最大值为止。

一些问题

1. 这样的解决方案正确吗？
2. 使其有效需要什么内存订购？
3. 应该使用哪个compare_exchange？_weak或_strong？
4. 它会影响release_reference功能吗？
5. 它是在实践中使用的吗？