如何使用原子操作实现 std::weak_ptr::lock ？

最近尝试用C实现原子引用计数器，所以参考了STL中std::shared_ptr的实现，对weak_ptr::lock的实现很困惑。 执行compare_and_exchange时，clang指定了memory_order_seq_cst，g++指定了memory_order_acq_rel，MSVC指定了memory_order_relaxed。 我认为 memory_order_relaxed 已经足够了，因为如果 user_count 非零，则不需要同步数据。 我不是这方面的专家，有人可以提供一些建议吗？

以下是代码片段：

MSVC https://github.com/microsoft/STL/blob/main/stl/inc/memory#L1084

    bool _Incref_nz() noexcept { // increment use count if not zero, return true if successful
        auto& _Volatile_uses = reinterpret_cast<volatile long&>(_Uses);
#ifdef _M_CEE_PURE
        long _Count = *_Atomic_address_as<const long>(&_Volatile_uses);
#else
        long _Count = __iso_volatile_load32(reinterpret_cast<volatile int*>(&_Volatile_uses));
#endif
        while (_Count != 0) {
            const long _Old_value = _INTRIN_RELAXED(_InterlockedCompareExchange)(&_Volatile_uses, _Count + 1, _Count);
            if (_Old_value == _Count) {
                return true;
            }

            _Count = _Old_value;
        }

        return false;
    }

铿锵/libcxx https://github.com/llvm/llvm-project/blob/main/libcxx/src/memory.cpp#L119

__shared_weak_count*
__shared_weak_count::lock() noexcept
{
    long object_owners = __libcpp_atomic_load(&__shared_owners_);
    while (object_owners != -1)
    {
        if (__libcpp_atomic_compare_exchange(&__shared_owners_,
                                             &object_owners,
                                             object_owners+1))
            return this;
    }
    return nullptr;
}

海湾合作委员会/libstdc++ https://github.com/gcc-mirror/gcc/blob/master/libstdc%2B%2B-v3/include/bits/shared_ptr_base.h#L277

 template<>
    inline bool
    _Sp_counted_base<_S_atomic>::
    _M_add_ref_lock_nothrow() noexcept
    {
      // Perform lock-free add-if-not-zero operation.
      _Atomic_word __count = _M_get_use_count();
      do
    {
      if (__count == 0)
        return false;
      // Replace the current counter value with the old value + 1, as
      // long as it's not changed meanwhile.
    }
      while (!__atomic_compare_exchange_n(&_M_use_count, &__count, __count + 1,
                      true, __ATOMIC_ACQ_REL,
                      __ATOMIC_RELAXED));
      return true;
    }

我正在尝试自己回答这个问题。

The 标准规格 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2017/n4659.pdf只说weak_ptr::lock应该作为原子操作执行，但没有更多关于内存顺序的信息。这样不同的线程就可以直接并行调用weak_ptr::lock，而不需要任何竞争条件，并且当发生这种情况时，不同的实现提供不同的memory_order。 但不管怎样，上面的实现都是正确的。