c++怎么使用C++20的std::atomic_ref_C++20原子引用atomic_ref用法解析

std::atomic_ref可将普通对象转为原子操作引用，适用于无法修改原类型的场景。它不拥有内存，仅提供原子视图，要求被引用对象类型可平凡复制、正确对齐且生命周期覆盖atomic_ref使用期。示例中两个线程通过atomic_ref对int进行原子递增，最终结果为2000。支持load、store、fetch_add等操作，整型和指针还支持位运算，浮点型自C++20起支持算术操作。可通过is_always_lock_free判断是否无锁，运行时也可调用is_lock_free查询。为确保对齐，可使用alignas指定。该工具强大但限制多，需谨慎使用以保证安全。

在C++20中，std::atomic_ref 提供了一种将已有普通对象包装成原子操作引用的方式，允许对非原子变量进行原子访问，而无需将其声明为 atomic 类型。这个特性特别适用于需要对已有数据结构添加原子操作能力，但又不能修改其定义的场景。

基本用法与要求

std::atomic_ref 不持有对象内存，它只是一个对已有对象的“原子视图”。创建 atomic_ref 时需传入一个对象的引用。

使用限制较多，必须满足以下条件：

• 被引用的对象类型必须是可平凡复制（trivially copyable）
• 对象的地址必须正确对齐（alignment）以支持原子操作
• 对象在整个 atomic_ref 生命周期内不能被销毁
• atomic_ref 实例本身不能被拷贝或移动（不可复制）

简单示例

下面是一个使用 std::atomic_ref 对 int 变量进行原子加的操作：

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#include <iostream>
#include <atomic>
#include <thread>

int main() {
    int value = 0;
    std::atomic_ref atomic_value{value}; // 绑定到 value

    auto worker = [&]() {
        for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
            atomic_value.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
        }
    };

    std::thread t1(worker);
    std::thread t2(worker);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Final value: " << value << "\n"; // 应输出 2000
}

这里，尽管 value 是普通 int，通过 atomic_ref 可以安全地在多线程中进行原子递增。

支持的操作

atomic_ref 支持大多数原子操作，具体取决于所引用类型的性质：

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• load() / store()
• fetch_add() / fetch_sub()
• exchange() / compare_exchange_weak() / compare_exchange_strong()
• fetch_and() / fetch_or() / fetch_xor() （仅整数和指针类型）

浮点类型还支持 fetch_add 和 fetch_sub（C++20起）。

对齐与兼容性检查

可通过 is_always_lock_free 静态成员判断该类型是否在当前平台支持无锁原子操作：

if (std::atomic_ref<int>::is_always_lock_free) {
    std::cout << "int atomic_ref is lock-free\n";
}

也可在运行时使用 .is_lock_free() 查询。

若不确定对象是否对齐，可使用 alignas 确保：

alignas(std::atomic_ref<int>) int aligned_value = 0;

基本上就这些。std::atomic_ref 是个强大但需谨慎使用的工具，适合底层并发编程或封装遗留代码的原子访问，只要注意对齐、生命周期和类型限制，就能安全发挥其作用。

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