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C++如何使用原子操作(atomic)_C++ 原子操作方法

尼克
发布: 2025-10-26 17:48:01
原创
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std::atomic 提供原子操作避免数据竞争,支持基础类型变量的线程安全访问。通过 store、load、exchange 和 compare_exchange_weak 等方法实现安全读写,常用于计数器和无锁编程;配合 memory_order 可精细控制内存同步行为,提升性能。

c++如何使用原子操作(atomic)_c++ 原子操作方法

在多线程编程中,数据竞争是常见问题。C++ 提供了 std::atomic 来保证对变量的操作是原子的,避免竞态条件。它位于 red"><atomic> 头文件中,适用于布尔值、整数、指针等基础类型。

1. 基本用法:声明和初始化原子变量

使用 std::atomic<T> 模板定义原子变量,T 通常是 int、bool、指针等可支持原子操作的类型。

示例:

#include <atomic>
#include <iostream>

std::atomic<int> counter(0);  // 初始化为 0
std::atomic<bool> ready(false);
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也可以在运行时赋值:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

counter = 10;
ready.store(true);  // 显式写入
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2. 常用原子操作方法

std::atomic 提供了多个成员函数来安全地读写数据。

  • store(value):原子地写入值
  • load():原子地读取值
  • 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
  • fetch_add(), fetch_sub():原子加减,返回旧值
  • ++, --:支持自增自减操作符

示例代码:

#include <atomic>
#include <thread>
#include <vector>

std::atomic<int> count(0);

void increment() {
    for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
        count.fetch_add(1);  // 原子增加
        // 或者直接使用 ++count;
    }
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        threads.emplace_back(increment);
    }

    for (auto& t : threads) {
        t.join();
    }

    std::cout << "Final count: " << count.load() << "\n";
    return 0;
}
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3. compare_exchange_weak 使用示例

这是实现无锁算法的核心操作。它检查当前值是否等于 expected,如果是,则设为 desired;否则将当前值写回 expected。

std::atomic<int> val(0);

int expected = 0;
if (val.compare_exchange_weak(expected, 100)) {
    std::cout << "Change successful: " << val.load() << "\n";
} else {
    std::cout << "Change failed, current value is " << expected << "\n";
}
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常用于循环中重试:

int expected = val.load();
do {
    // 修改 expected 的值
} while (!val.compare_exchange_weak(expected, new_value));
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4. 内存顺序(Memory Order)

每个原子操作可以指定内存顺序,控制操作的同步和排序行为。常用选项包括:

  • memory_order_relaxed:最弱约束,仅保证原子性
  • memory_order_acquire:读操作,确保后续读写不被重排到它前面
  • memory_order_release:写操作,确保前面的读写不被重排到它后面
  • memory_order_acq_rel:acquire + release
  • memory_order_seq_cst:默认,最强一致性,所有线程看到相同顺序

示例:

counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
ready.store(true, std::memory_order_release);
bool status = ready.load(std::memory_order_acquire);
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基本上就这些。std::atomic 是编写高效、线程安全代码的重要工具,尤其适合计数器、状态标志、无锁结构等场景。正确使用能避免锁开销,但需注意内存顺序的合理选择。

以上就是C++如何使用原子操作(atomic)_C++ 原子操作方法的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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