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c++怎么使用原子操作std::atomic_c++ std::atomic原子操作用法

穿越時空

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发布时间:2025-10-14 23:33:01

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来源于php中文网

原创

std::atomic用于实现线程安全的原子操作,避免数据竞争。1. 可声明为std::atomic类型,支持int、bool、指针等,如std::atomic counter{0};2. 提供load()读、store()写、exchange()交换、compare_exchange_weak()比较并交换等原子操作;3. 整型和指针类型支持++、--、+=、-=等复合赋值,默认使用memory_order_seq_cst内存序;4. 内存序可选memory_order_relaxed(仅原子性)、acquire/release(控制重排)、seq_cst(顺序一致)等,影响性能与同步行为;5. 常用于线程标志位、引用计数、无锁数据结构中指针更新等场景,需根据需求选择合适内存序以平衡正确性与性能。

c++怎么使用原子操作std::atomic_c++ std::atomic原子操作用法

在C++中,std::atomic 用于实现线程安全的原子操作,避免多个线程同时访问共享变量时出现数据竞争。它定义在 头文件中,适用于整数、指针等基本类型。

1. 基本用法:声明和初始化

你可以使用 std::atomic 来包装一个基本类型,如 int、bool、指针等。

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

构造时可以直接用花括号或等号初始化。

2. 常用原子操作函数

std::atomic 提供了多种线程安全的操作方法:

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- load():原子地读取当前值 - store(value):原子地写入新值 - exchange(value):设置新值,并返回旧值 - compare_exchange_weak(expected, desired):比较并交换(CAS),常用于无锁编程

示例:

std::atomic x{10}; int old = x.load(); // 读取 x.store(20); // 写入 int prev = x.exchange(30); // 设置30,返回之前的值(20)

int expected = 30;
bool success = x.compare_exchange_weak(expected, 42);
// 如果 x 当前是30,则设为42,返回 true;否则将 expected 更新为实际值,返回 false

3. 支持的内置运算符(仅限特定类型)

对于整型和指针类型的 atomic 变量,可以直接使用一些复合赋值操作:

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- ++、--(前置) - +=、-=(对整型和指针有效)

示例:

std::atomic count{0}; ++count; // 原子自增 count += 5; // 原子加5 --count; // 原子自减

这些操作默认使用 memory_order_seq_cst(最严格的内存序),确保顺序一致性。

4. 内存序(memory order)可选参数

每个原子操作都可以传入一个 std::memory_order 参数,控制同步行为和性能:

- memory_order_relaxed:最宽松,只保证原子性,不保证顺序 - memory_order_acquire:用于读操作,防止后续读写被重排到它前面 - memory_order_release:用于写操作,防止前面的读写被重排到它后面 - memory_order_acq_rel:acquire + release - memory_order_seq_cst:默认,最强一致性(顺序一致)

示例(relaxed 计数器,适合不需要同步的场景):

std::atomic cnt{0}; cnt.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed); // 只保证原子加,无顺序约束

5. 实际应用场景举例

常见用途包括:

- 线程安全的标志位 std::atomic stop_flag{false}; if (stop_flag.load()) { ... }
  • 引用计数管理(类似智能指针内部机制)
    std::atomic ref_count{1};
    void add_ref() { ref_count.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed); }

  • 无锁队列/中的 head/tail 指针更新(配合 CAS 使用)

基本上就这些。std::atomic 不复杂,但要注意合理选择内存序,避免误用导致数据竞争或性能下降。

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