c++怎么使用std::atomic实现原子操作_c++ std::atomic原子操作方法

std::atomic 提供原子操作以避免数据竞争,支持 load、store、exchange 和 compare_exchange_weak/strong 等方法,可配合 memory_order 控制内存顺序,实现高效线程安全。

c++怎么使用std::atomic实现原子操作_c++ std::atomic原子操作方法

在C++中,std::atomic 是实现原子操作的核心工具,它能保证对共享变量的操作是不可中断的,避免多线程环境下出现数据竞争。使用 std::atomic 可以安全地在多个线程中读写同一变量,而无需额外加锁。

1. 基本用法:声明和初始化

你可以用 std::atomic 包装一个支持原子操作的类型,常见的是整型、指针等。

std::atomic counter{0}; std::atomic ready{false}; std::atomic ptr{nullptr};

初始化后,这些变量的所有读写操作默认就是原子的。

2. 常用原子操作方法

std::atomic 提供了多种成员函数来执行特定的原子操作:

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load():原子地读取当前值。 store(val):原子地写入新值。 exchange(val):设置新值,并返回旧值(原子交换)。 compare_exchange_weak()compare_exchange_strong():比较并交换(CAS),是实现无锁编程的基础。

示例:

std::atomic value{10};
int expected = 10;
bool success = value.compare_exchange_strong(expected, 20);
// 如果 value 等于 expected(10),则设为 20,返回 true;否则不修改,返回 false

3. 支持原子操作的内置类型

C++ 还提供了简化的原子类型别名,比如:

std::atomic_int std::atomic_bool std::atomic_ptr

这些本质上是 std::atomictypedef,使用更方便。

4. 内存顺序控制(memory_order)

每个原子操作可以指定内存顺序,控制操作的同步行为。常用选项包括:

memory_order_relaxed:只保证原子性,不保证顺序。 memory_order_acquire:用于读操作,确保之后的读写不会被重排到该操作之前。 memory_order_release:用于写操作,确保之前的读写不会被重排到该操作之后。 memory_order_acq_rel:同时包含 acquire 和 release 语义。 memory_order_seq_cst:最严格的顺序一致性,默认选项。

示例:

counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
flag.store(true, std::memory_order_release);

合理使用内存顺序可以在保证正确性的前提下提升性能。

基本上就这些。掌握 std::atomic 的基本操作和内存模型,就能写出高效且线程安全的代码。注意不是所有类型都支持原子操作,自定义类型需谨慎使用。不复杂但容易忽略细节。

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