解决ABA问题的无锁队列 代码

解决 ABA 问题的无锁队列通常会涉及到原子操作以及版本控制机制，最常用的解决方案之一是使用带有标记的指针或者是借助硬件级别的 CAS（Compare-And-Swap）指令配合一些额外的状态信息。 下面是一个简化版的例子，利用 C++ 的 `std::atomic` 和 Tagged Pointer 来避免经典的 ABA 问题。这个例子并不是完整的生产级代码，而只是一个概念性的演示： ```cpp #include <atomic> #include <memory> template<typename T> class LockFreeQueue { private: struct Node; using NodePtr = std::unique_ptr<Node>; // 使用 long 类型存储节点地址和标签位 class AtomicNodePtr { alignas(8) std::atomic<long> value; public: AtomicNodePtr() : value{0} {} AtomicNodePtr(Node* ptr_, unsigned tag_) : value(reinterpret_cast<long>(ptr_) | static_cast<long>(tag_)) {} bool compare_exchange_strong( AtomicNodePtr& expected, const AtomicNodePtr& desired ) noexcept { return value.compare_exchange_strong( reinterpret_cast<long&>(expected.value), reinterpret_cast<long>(desired.ptr()) | static_cast<long>(desired.tag()) ); } void store(const AtomicNodePtr& other) noexcept { value.store( reinterpret_cast<long>(other.ptr()) | static_cast<long>(other.tag())); } Node* ptr() const { return (Node*)(value.load() & ~static_cast<long>(7)); // 假设我们只有最多3个bit用于tag } int tag() const { return value.load() & 0x7; // 提取最后三位作为tag } operator Node* () const { return this->ptr(); } friend struct Node; }; struct Node { explicit Node(T data_) : data(std::move(data_)), next() {} T data; AtomicNodePtr next; }; public: LockFreeQueue() : head_(nullptr, 0), tail_(nullptr, 0){} // Push a new element to the queue. void push(T new_value){ auto new_node = make_unique<Node>(std::move(new_value)); while(true) { auto old_tail = tail_.load(); if (!old_tail) break; auto temp_next = old_tail.next.load().ptr(); if(tail_ == old_tail && !temp_next ) { auto incremented_old_tail(old_tail); ++incremented_old_tail.tag_; old_tail.next.store(*new_node); incremented_old_tail.ptr()->next=AtomicNodePtr(new_node.get(),0); tail_.compare_exchange_weak(incremented_old_tail,*new_node); new_node.release(); // 成功之后释放智能指针的所有权给链表 break; } else{ tail_.store(temp_next,temp_next.tag()); } } } // 移除pop等其他函数... private: AtomicNodePtr head_; AtomicNodePtr tail_; }; ``` 此段代码实现了基于 ABA 防护思想的一个简易无锁队列，在实际应用中还需要考虑更多细节如内存回收、异常安全等问题。上述示例仅展示了如何通过增加版本号的方式防止 ABA 情况的发生，并非完整可用的数据结构实现。