c++如何使用std::atomic实现原子操作 _c++原子操作方法解析

std::atomic提供原子操作避免数据竞争，支持load/store/exchange及compare_exchange_weak等方法，可配合内存序优化性能，适用于计数器、状态标志等无锁编程场景。

在多线程编程中，数据竞争是常见问题。C++11引入了std::atomic来帮助开发者安全地执行原子操作，避免使用互斥锁带来的性能开销。std::atomic提供了一种类型安全的方式来对基本数据类型（如int、bool、指针等）进行无锁的原子读写。

std::atomic的基本用法

std::atomic是一个模板类，可以包裹支持原子操作的类型，例如int、bool、long、指针等。

定义一个原子变量非常简单：

#include <atomic>
std::atomic<int> counter{0};  // 原子整数，初始值为0
std::atomic<bool> flag{false}; // 原子布尔值

可以直接使用赋值、读取，这些操作都是原子的：

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

counter = 10;        // 原子写入
int value = counter; // 原子读取

常用的原子操作方法

std::atomic提供了多种成员函数来实现更复杂的原子行为，最常用的是load()、store()、exchange()、compare_exchange_weak()和compare_exchange_strong()。

显式地进行原子读写：

int current = counter.load();           // 原子读取
counter.store(42);                      // 原子写入

这两个操作默认使用memory_order_seq_cst（顺序一致性），保证最强的内存顺序。

将原子变量设置为新值，并返回旧值，整个过程是原子的：

PPT.CN,PPTCN,PPT.CN是什么,PPT.CN官网,PPT.CN如何使用

一键操作，智能生成专业级PPT

37

查看详情

int old = counter.exchange(100); // 设置counter为100，返回之前的值

这是实现无锁算法的核心。它比较当前值与期望值，如果相等，则替换为新值；否则将期望值更新为当前值。

int expected = counter.load();
while (!counter.compare_exchange_weak(expected, expected + 1)) {
    // 如果counter仍等于expected，则+1；否则expected被更新为当前值，重试
}

这个模式常用于实现原子自增。注意weak版本可能因伪失败而返回false，因此通常放在循环中使用。

原子操作符重载

对于整型和指针类型的std::atomic，C++还重载了一些操作符，让原子操作更自然：

std::atomic<int> x{0};
x++;     // 原子自增
x += 5;  // 原子加法
--x;     // 原子递减

这些操作底层使用fetch_add或fetch_sub，返回的是修改前的值。

内存序（Memory Order）控制

所有原子操作都可以指定内存顺序，以在性能和同步强度之间做权衡。常见的选项包括：

• memory_order_relaxed：只保证原子性，不参与同步
• memory_order_acquire：用于读操作，确保后续读写不会被重排到该操作之前
• memory_order_release：用于写操作，确保前面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：默认，提供全局顺序一致性

示例：

counter.store(1, std::memory_order_release);
int val = counter.load(std::memory_order_acquire);

基本上就这些。合理使用std::atomic可以在避免锁的情况下实现高效、线程安全的操作，特别适合计数器、状态标志、无锁队列等场景。关键是理解不同内存序的影响，避免过度使用seq_cst影响性能。

以上就是c++++如何使用std::atomic实现原子操作 _c++原子操作方法解析的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！