contained type

atomic type

bool

atomic_bool

char

atomic_char

signed char

atomic_schar

unsigned char

atomic_uchar

short

atomic_short

unsigned short

atomic_ushort

int

atomic_int

unsigned int

atomic_uint

long

atomic_long

unsigned long

atomic_ulong

long long

atomic_llong

unsigned long long

atomic_ullong

wchar_t

atomic_wchar_t

char16_t

atomic_char16_t

char32_t

atomic_char32_t

intmax_t

atomic_intmax_t

uintmax_t

atomic_uintmax_t

int_leastN_t

atomic_int_leastN_t

uint_leastN_t

atomic_uint_leastN_t

int_fastN_t

atomic_int_fastN_t

uint_fastN_t

atomic_uint_fastN_t

intptr_t

atomic_intptr_t

uintptr_t

atomic_uintptr_t

size_t

atomic_size_t

ptrdiff_t

atomic_ptrdiff_t

macro

relative to types

ATOMIC_BOOL_LOCK_FREE

bool

ATOMIC_CHAR_LOCK_FREE

char

signed char

unsigned char

ATOMIC_SHORT_LOCK_FREE

short

unsigned short

ATOMIC_INT_LOCK_FREE

int

unsigned int

ATOMIC_LONG_LOCK_FREE

long

unsigned long

ATOMIC_LLONG_LOCK_FREE

long long

unsigned long long

ATOMIC_WCHAR_T_LOCK_FREE

wchar_t

ATOMIC_CHAR16_T_LOCK_FREE

char16_t

ATOMIC_CHAR32_T_LOCK_FREE

char32_t

ATOMIC_POINTER_LOCK_FREE

U*

(for any type U)

序號

值

意義

1

memory_order_relaxed

寬松模型，不對執(zhí)行順序做保證

2

memory_order_consume

當(dāng)前線程中,滿足happens-before原則。

當(dāng)前線程中該原子的所有后續(xù)操作,必須在本條操作完成之后執(zhí)行

3

memory_order_acquire

當(dāng)前線程中,讀操作滿足happens-before原則。

所有后續(xù)的讀操作必須在本操作完成后執(zhí)行

4

memory_order_release

當(dāng)前線程中,寫操作滿足happens-before原則。

所有后續(xù)的寫操作必須在本操作完成后執(zhí)行

5

memory_order_acq_rel

當(dāng)前線程中，同時(shí)滿足memory_order_acquire和memory_order_release

6

memory_order_seq_cst

最強(qiáng)約束。全部讀寫都按順序執(zhí)行

std::atomic_flag：最簡單的原子變量實(shí)例，是對于bool類型的變量進(jìn)行原子操作，提供了標(biāo)志的管理，標(biāo)志有三種狀態(tài)：clear、set和未初始化狀態(tài)。

接口介紹：

(1)ATOMIC_FLAG_INIT：用于給atomic_flag變量賦初值，如果定義后為賦值，則狀態(tài)是不確定的。被這個賦值后的狀態(tài)為false。

(2)test_and_set() ：接口函數(shù)，調(diào)用后狀態(tài)變?yōu)閠rue，并返回改變狀態(tài)前的狀態(tài)值。

(3)clear() : 接口函數(shù)，調(diào)用后狀態(tài)變?yōu)閒alse。

#include

#include

#include

#include

std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;

int gcnt = 0;

void f(int n)

{

for (int cnt = 0; cnt < 100; ++cnt) {

while (lock.test_and_set(std::memory_order_acquire)) // 獲得鎖

; // 自旋

std::cout << "Output from thread " << n << '';

gcnt++;

lock.clear(std::memory_order_release); // 釋放鎖

}

}

int main()

{

std::vector v;

for (int n = 0; n < 10; ++n) {

v.emplace_back(f, n);

}

for (auto& t : v) {

t.join();

}

}

自旋鎖的解釋：當(dāng)某一個線程調(diào)用‘lock.test_and_set’時(shí)，即設(shè)置lock的狀態(tài)為true，當(dāng)另一個線程進(jìn)入時(shí)，再次調(diào)用test_and_set時(shí)返回的狀態(tài)為true，則一直在while循環(huán)中不斷獲取，即實(shí)現(xiàn)了等待，直到第一個線程調(diào)用clear將狀態(tài)變?yōu)閒alse。

std::atomic：通過atomic模板類可以對更多的類型進(jìn)行原子操作

(1)is_lock_free:通過這個接口判斷是否需要加鎖。如果是，則在多個線程訪問該對象時(shí)不會導(dǎo)致線程阻塞(可能使用某種事務(wù)內(nèi)存transactional memory方法實(shí)現(xiàn)lock-free的特性)。事實(shí)上該函數(shù)可以做為一個靜態(tài)函數(shù)。所有指定相同類型T的atomic實(shí)例的is_lock_free函數(shù)都會返回相同值。

(2)store：賦值操作。operator=實(shí)際上內(nèi)部調(diào)用了store，并返回d。

void store(T desr, memory_order m = memory_order_seq_cst) noexcept;void store(T desr, memory_order m = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;T operator=(T d) noexcept;T operator=(T d) volatile noexcept;

(3)load: 讀取，加載并返回變量的值。operator T是load的簡化版，內(nèi)部調(diào)用的是load(memory_order_seq_cst)形式。

(4)exchange：交換，賦值后返回變量賦值前的值。exchange也稱為read-modify-write操作。

T exchange(T desr, memory_order m = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T exchange(T desr, memory_order m = memory_order_seq_cst) noexcept;

(5)compare_exchange_weak：這就是有名的CAS(Compare And Swap: 比較并交換)。操作是原子的，排它的。其它線程如果想要讀取或修改該原子對象時(shí)，會等待先該操作完成。

(6)compare_exchange_strong：

進(jìn)行compare時(shí)，與weak版一樣，都是比較的物理內(nèi)容。與weak版不同的是，strong版本不會返回偽false。即：原子對象所封裝的值如果與expect在物理內(nèi)容上相同，strong版本一定會返回true。其所付出的代價(jià)是：在某些需要循環(huán)檢測的算法，或某些平臺下，其性能較compare_exchange_weak要差。但對于某些不需要采用循環(huán)檢測的算法而言, 通常采用compare_exchange_strong 更好。

std::atomic特化：

(1)fetch_add：該函數(shù)將原子對象封裝的值加上v，同時(shí)返回原子對象的舊值。其功能用偽代碼表示為：

// T is integral

T fetch_add(T v, memory_order m = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_add(T v, memory_order m = memory_order_seq_cst) noexcept;

// T is pointer

T fetch_add(ptrdiff_t v, memory_order m = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_add(ptrdiff_t v, memory_order m = memory_order_seq_cst) noexcept;

(2)fetch_sub：該函數(shù)將原子對象封裝的值減去v，同時(shí)返回原子對象的舊值。其功能用偽代碼表示為：

// T is integral

T fetch_sub(T v, memory_order m = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_sub(T v, memory_order m = memory_order_seq_cst) noexcept;

// T is pointer

T fetch_sub(ptrdiff_t v, memory_order m = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_sub(ptrdiff_t v, memory_order m = memory_order_seq_cst) noexcept;

(3)++, –, +=, -=：不管是基于整數(shù)的特化，還是指針特化，atomic均支持這四種操作。其用法與未封裝時(shí)一樣

獨(dú)屬于數(shù)值型特化的原子操作 – 位操作：

(1)fetch_and，fetch_or，fetch_xor：

位操作，將contained按指定方式進(jìn)行位操作，并返回contained的舊值。

integral fetch_and(integral v, memory_order m = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

integral fetch_and(integral v, memory_order m = memory_order_seq_cst) noexcept;

integral fetch_or(integral v, memory_order m = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

integral fetch_or(integral v, memory_order m = memory_order_seq_cst) noexcept;

integral fetch_xor(integral v, memory_order m = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

integral fetch_xor(integral v, memory_order m = memory_order_seq_cst) noexcept;

(2)perator &=，operator |=，operator ^=：與相應(yīng)的fetch_*操作不同的是，operator操作返回的是新值

T operator &=(T v) volatile noexcept {return fetch_and(v) & v;}

T operator &=(T v) noexcept {return fetch_and(v) & v;}

T operator |=(T v) volatile noexcept {return fetch_or(v) | v;}

T operator |=(T v) noexcept {return fetch_or(v) | v;}

T operator ^=(T v) volatile noexcept {return fetch_xor(v) ^ v;}

T operator ^=(T v) noexcept {return fetch_xor(v) ^ v;}