为何静态std::barrier可用，动态shared_ptr实现却挂起？附可用代码

问题背景 #

我编写了两段用std::barrier{2}同步2个线程的C代码：静态创建barrier的版本能正常运行，但最初用std::shared_ptr动态创建的版本会出现挂起问题。由于线程数（即barrier的计数）只能在运行时确定，无法静态声明，因此必须采用动态实现方式。编译运行命令为：clang++-15 -l pthread --std=c++20 demo.cpp && ./a.out（也使用过g-11）。

挂起原因分析 #

静态版本正常是因为barrier对象的生命周期贯穿整个程序运行，线程调用arrive_and_wait()时对象始终有效。而最初的动态版本挂起，最常见的原因是barrier对象在线程完成等待前被提前销毁：

• 如果用shared_ptr时，线程捕获的是barrier的引用而非副本，主线程若提前释放shared_ptr（比如调用reset()或让其离开作用域），会导致barrier的引用计数归0，对象被析构。此时线程访问已销毁的barrier，触发未定义行为，表现为挂起或程序崩溃。
• 另一种可能是运行时确定的线程数与barrier初始计数不匹配：比如实际启动的线程数少于barrier计数，会导致已启动的线程永远等待足够的到达信号；若线程数多于计数，多余线程的arrive_and_wait()也会挂起。

错误示例（导致挂起的代码） #

#include <barrier>
#include <thread>
#include <memory>

int main() {
    auto barrier = std::make_shared<std::barrier<>>(2);
    
    // 线程捕获barrier的引用，主线程若提前释放，会访问无效对象
    std::thread t1([&]() {
        barrier->arrive_and_wait();
    });
    
    std::thread t2([&]() {
        barrier->arrive_and_wait();
    });
    
    // 错误：主线程提前重置shared_ptr，导致barrier被销毁
    barrier.reset();
    
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

修复后的正确动态版本 #

#include <barrier>
#include <thread>
#include <memory>

int main() {
    auto barrier = std::make_shared<std::barrier<>>(2);
    
    // 线程捕获shared_ptr副本，保证持有引用，barrier不会被提前销毁
    std::thread t1([barrier]() {
        barrier->arrive_and_wait();
    });
    
    std::thread t2([barrier]() {
        barrier->arrive_and_wait();
    });
    
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

额外注意事项 #

• 确保运行时确定的线程数与barrier的初始计数完全一致，避免因计数不匹配导致的挂起。
• 若使用barrier的完成阶段（completion step），需确保该阶段不会抛出未捕获的异常，否则可能触发未定义行为。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者CIsForCookies