一、頭文件結構

頭文件：原子類型是封裝了一個值的類型，它的訪問保證不會導致數據的競爭，并且可以用于在不同的線程之間同步內存訪問。

這個頭聲明了兩個c++類，原子和atomic_flag，它實現了自包含類中的原子類型的所有特性。header還聲明了整個C樣式類型和函數與C中的原子支持兼容。頭文件中結構定義查看。

頭文件的結構：

class

用于bool、整數和指針類型的原子類模板和特殊化 (類模板)

無鎖布爾原子類型(類)

Types

為給定的原子操作定義內存排序約束(typedef)

Typedefs

std::atomic_bool

std::atomic

std::atomic_char

std::atomic

std::atomic_schar

std::atomic

std::atomic_uchar

std::atomic

std::atomic_short

std::atomic

std::atomic_ushort

std::atomic

std::atomic_int

std::atomic

std::atomic_uint

std::atomic

std::atomic_long

std::atomic

std::atomic_ulong

std::atomic

std::atomic_llong

std::atomic

std::atomic_ullong

std::atomic

std::atomic_char16_t

std::atomic

std::atomic_char32_t

std::atomic

std::atomic_wchar_t

std::atomic

std::atomic_int_least8_t

std::atomic

std::atomic_uint_least8_t

std::atomic

std::atomic_int_least16_t

std::atomic

std::atomic_uint_least16_t

std::atomic

std::atomic_int_least32_t

std::atomic

std::atomic_uint_least32_t

std::atomic

std::atomic_int_least64_t

std::atomic

std::atomic_uint_least64_t

std::atomic

std::atomic_int_fast8_t

std::atomic

std::atomic_uint_fast8_t

std::atomic

std::atomic_int_fast16_t

std::atomic

std::atomic_uint_fast16_t

std::atomic

std::atomic_int_fast32_t

std::atomic

std::atomic_uint_fast32_t

std::atomic

std::atomic_int_fast64_t

std::atomic

std::atomic_uint_fast64_t

std::atomic

std::atomic_intptr_t

std::atomic

std::atomic_uintptr_t

std::atomic

std::atomic_size_t

std::atomic

std::atomic_ptrdiff_t

std::atomic

std::atomic_intmax_t

std::atomic

std::atomic_uintmax_t

std::atomic

Functions for atomic flags (C-style)

description

Preprocessor macros

description

靜態存儲時間的原子變量的常量初始化(宏)

初始化 std::atomic_flag為 false

Macro constants

// lock-free property

#define ATOMIC_BOOL_LOCK_FREE /*unspecified*/

#define ATOMIC_CHAR_LOCK_FREE /*unspecified*/

#define ATOMIC_CHAR16_T_LOCK_FREE /*unspecified*/

#define ATOMIC_CHAR32_T_LOCK_FREE /*unspecified*/

#define ATOMIC_WCHAR_T_LOCK_FREE /*unspecified*/

#define ATOMIC_SHORT_LOCK_FREE /*unspecified*/

#define ATOMIC_INT_LOCK_FREE /*unspecified*/

#define ATOMIC_LONG_LOCK_FREE /*unspecified*/

#define ATOMIC_LLONG_LOCK_FREE /*unspecified*/

#define ATOMIC_POINTER_LOCK_FREE /*unspecified*/

上面是對頭文件結構的描述；下面具體按照上面的結構分析：

定義 ： //類模版

template< class T > struct atomic; (1) (since C++11)

template<> struct atomic; (2) (since C++11)

template<> struct atomic; (3) (since C++11)

template< class T > struct atomic; (4) (since C++11) 指針特化

std::atomic模板的每個實例化和專門化都定義了一個原子類型。如果一個線程在另一個線程讀取它時寫入一個原子對象，那么行為就會被明確定義(參見關于數據競爭的詳細信息的內存模型)。此外，對原子對象的訪問可以建立線程間的同步，并按照std::memoryorder指定非原子性的內存訪問。

std::atomic可以用任何簡單的可復制的t實例化。同時std::atomic是不可復制的，也不是可移動的。

Member functions

atomic() noexcept = default;(1) default (since C++11)

constexpr atomic( T desired ) noexcept;(2) initialization (since C++11)

atomic( const atomic& ) = delete;(3) copy [deleted] (since C++11)

構造新的原子變量。

1)將原子對象放在未初始化的狀態中。一個未初始化的原子對象可以通過調用atomicinit來初始化。

2)用desired 初始化對象。初始化不是原子性的。

3)原子變量不是可復制的。

示例1：

// constructing atomics

#include // std::cout

#include // std::atomic, std::atomic_flag, ATOMIC_FLAG_INIT

#include // std::thread, std::this_thread::yield

#include // std::vector

std::atomic ready (false);

std::atomic_flag winner = ATOMIC_FLAG_INIT;

void count1m (int id) {

while (!ready) { std::this_thread::yield(); } // wait for the ready signal

for (volatile int i=0; i<1000000; ++i) {} // go!, count to 1 million

if (!winner.test_and_set()) { std::cout << "thread #" << id << " won!\n"; }

};

int main ()

{

std::vector<:thread> threads;

std::cout << "spawning 10 threads that count to 1 million...\n";

for (int i=1; i<=10; ++i) threads.push_back(std::thread(count1m,i));

ready = true;

for (auto& th : threads) th.join();

return 0;

}

T operator=( T desired ) noexcept; set value (1)

T operator=( T desired ) volatile noexcept; set value (1)

atomic& operator=( const atomic& ) = delete; copy [deleted] (2)

atomic& operator=( const atomic& ) volatile = delete; copy [deleted] (2)

1 用val替換存儲的值。該操作是原子性的，并使用順序一致性(memoryorderseqcst)。要使用不同的內存排序來修改值，請參見atomic::store。

2 原子對象沒有定義的復制賦值，但是注意它們是可以隱式地轉換為類型T。

注意：與大多數賦值運算符不同，原子類型的賦值運算符不會返回對它們的左參數的引用。它們返回一個存儲值的副本。

示例2：

// atomic::operator=/operator T example:

#include // std::cout

#include // std::atomic

#include // std::thread, std::this_thread::yield

std::atomic foo(0);

void set_foo(int x) {

foo = x;

}

void print_foo() {

while (foo==0) { // wait while foo=0

std::this_thread::yield();

}

std::cout << "foo: " << foo << '\n';

}

int main ()

{

std::thread first (print_foo);

std::thread second (set_foo,10);

first.join();

second.join();

return 0;

}

General atomic operations

bool is_lock_free() const noexcept;

bool is_lock_free() const volatile noexcept;

一個無鎖對象并不會導致其他線程在訪問時被阻塞(可能使用某種類型的事務性內存)。該函數返回的值與相同類型的所有其他對象返回的值一致。

檢查這個類型的所有對象的原子操作是否都是無鎖的。返回true表示lock_free.

示例3：

#include

#include

#include

struct A { int a[100]; };

struct B { int x, y; };

int main()

{

std::cout << std::boolalpha

<< "std::atomic is lock free? "

<< std::atomic{}.is_lock_free() << '\n'

<< "std::atomic is lock free? "

<< std::atomic{}.is_lock_free() << '\n';

return 0;

}

void store (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

void store (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

用val替換包含的值。操作是原子的，按照同步所指定的內存順序內存數序包括(std::memory_order_relaxed, std::memory_order_release 和std::memory_order_seq_cst)。

參數sync的描述(后續會介紹memory_order)：

memory_order_relaxed： 不同步副作用。

memory_order_release：同步下一個使用或者獲取操作的副作用。

memory_order_seq_cst：同步所有與其他順序一致操作的可見的副作用，并遵循一個完整的順序。

示例4：

// atomic::load/store example

#include // std::cout

#include // std::atomic, std::memory_order_relaxed

#include // std::thread

std::atomic foo (0);

void set_foo(int x) {

foo.store(x,std::memory_order_relaxed); // set value atomically

}

void print_foo() {

int x;

do {

x = foo.load(std::memory_order_relaxed); // get value atomically

} while (x==0);

std::cout << "foo: " << x << '\n';

}

int main ()

{

std::thread first (print_foo);

std::thread second (set_foo,10);

first.join();

second.join();

return 0;

}

T load (memory_order sync = memory_order_seq_cst) const volatile noexcept;

T load (memory_order sync = memory_order_seq_cst) const noexcept;

返回包含值。操作是原子的，按照同步所指定的內存順序。指令必須是std::memory_order_relaxed, std::memory_order_consume, std::memory_order_acquire 和 std::memory_order_seq_cst)；否則，行為是沒有定義的。

sync指令描述：

上文已經描述了std::memory_order_relaxed和 std::memory_order_seq_cst，這里只描述memory_order_acquire和memory_order_consume。

memory_order_acquire：同步從最后一個Release或順序一致的操作所有可見的副作用。

memory_order_consume：同步與最后一個Release或順序一致的操作所產生的依賴關系的可見的副作用。

示例5：

// atomic::load/store example

#include // std::cout

#include // std::atomic, std::memory_order_relaxed

#include // std::thread

std::atomic foo (0);

void set_foo(int x) {

foo.store(x,std::memory_order_relaxed); // set value atomically

}

void print_foo() {

int x;

do {

x = foo.load(std::memory_order_relaxed); // get value atomically

} while (x==0);

std::cout << "foo: " << x << '\n';

}

int main ()

{

std::thread first (print_foo);

std::thread second (set_foo,10);

first.join();

second.join();

return 0;

}

operator T() const volatile noexcept;

operator T() const noexcept;

這是一個類型轉換的操作符:這個表達式期望它包含的類型(T)的值，調用這個成員函數，訪問包含的值。

該操作是原子的，并使用順序一致性(memory_order_seq_cst)。要檢索具有不同內存順序的值，相當于std::atomic::load。

示例6：

// atomic::operator=/operator T example:

#include // std::cout

#include // std::atomic

#include // std::thread, std::this_thread::yield

std::atomic foo(0);

std::atomic bar(0);

void set_foo(int x) {

foo = x;

}

void copy_foo_to_bar () {

while (foo==0) std::this_thread::yield();

bar = static_cast(foo);

}

void print_bar() {

while (bar==0) std::this_thread::yield();

std::cout << "bar: " << bar << '\n';

}

int main ()

{

std::thread first (print_bar);

std::thread second (set_foo,10);

std::thread third (copy_foo_to_bar);

first.join();

second.join();

third.join();

return 0;

}

T exchange (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T exchange (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

訪問和修改包含的值

用val替換所包含的值，并返回它之前的值。整個操作是原子性的(一個原子的讀-修改-寫操作):在讀取(返回)值和被該函數修改的那一刻之間，值不會受到其他線程的影響。

sync指令描述：

上文已經描述了std::memory_order_relaxed和 std::memory_order_seq_cst 和memory_order_consume 和 memory_order_acquire，這里只描述memory_order_acq_rel。

memory_order_acq_rel：讀取作為一個獲取操作，并作為一個發布操作寫入。

示例 7：

// atomic::exchange example

#include // std::cout

#include // std::atomic

#include // std::thread

#include // std::vector

std::atomic ready (false);

std::atomic winner (false);

void count1m (int id) {

while (!ready) {} // wait for the ready signal

for (int i=0; i<1000000; ++i) {} // go!, count to 1 million

if (!winner.exchange(true)) { std::cout << "thread #" << id << " won!\n"; }

};

int main ()

{

std::vector<:thread> threads;

std::cout << "spawning 10 threads that count to 1 million...\n";

for (int i=1; i<=10; ++i) threads.push_back(std::thread(count1m,i));

ready = true;

for (auto& th : threads) th.join();

return 0;

}

bool compare_exchange_weak (T& expected, T val,

memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept; (1)

bool compare_exchange_weak (T& expected, T val,

memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept; (1)

bool compare_exchange_weak (T& expected, T val,

memory_order success, memory_order failure) volatile noexcept; (2)

bool compare_exchange_weak (T& expected, T val,

memory_order success, memory_order failure) noexcept; (2)

bool compare_exchange_strong (T& expected, T val,

memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept; (1)

bool compare_exchange_strong (T& expected, T val,

memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept; (1)

bool compare_exchange_strong (T& expected, T val,

memory_order success, memory_order failure) volatile noexcept; (2)

bool compare_exchange_strong (T& expected, T val,

memory_order success, memory_order failure) noexcept; (2)

* 比較原子對象的包含值與預期的內容:

--1 如果是真的，它會用val替換包含的值(比如存儲)。

--2 如果是假的，它會用所包含的值替換預期,因此調用該函數之后，如果被該原子對象封裝的值與參數 expected 所指定的值不相等，expected 中的內容就是原子對象的舊值。

* 函數總是訪問包含的值來讀取它，如果這個比較是真的，那么它也會替換它。但是整個操作都是原子性的:在讀取值和被替換的時刻之間，它的值不能被其他線程修改。

* 在第(2)種情況下，內存序(Memory Order)的選擇取決于比較操作結果，如果比較結果為 true(即原子對象的值等于 expected)，則選擇參數 success 指定的內存序，否則選擇參數 failure 所指定的內存序。

** 注意：

這個函數直接的比較物理內容所包含的價值與預期的內容,這可能導致得到使用operator==比較的結果是一個失敗的結果,因為對象底層的物理內容中可能存在位對齊或其他邏輯表示相同但是物理表示不同的值(比如 true 和 2 或 3，它們在邏輯上都表示"真"，但在物理上兩者的表示并不相同)。

不像 compare_exchange_strong，這個弱版本允許(spuriously 地)返回 false(即原子對象所封裝的值與參數 expected 的物理內容相同，但卻仍然返回 false)，即使在預期的實際情況與所包含的對象相比較時也是如此。對于某些循環算法來說，這可能是可接受的行為，并且可能會在某些平臺上帶來顯著的性能提升。在這些虛假的失敗中，函數返回false，而不修改預期。

對于非循環算法來說， compare_exchange_strong通常是首選。

示例8：

// atomic::compare_exchange_weak example:

#include // std::cout

#include // std::atomic

#include // std::thread

#include // std::vector

// a simple global linked list:

struct Node { int value; Node* next; };

std::atomic list_head (nullptr);

void append (int val) { // append an element to the list

Node* oldHead = list_head;

Node* newNode = new Node {val,oldHead};

// what follows is equivalent to: list_head = newNode, but in a thread-safe way:

while (!list_head.compare_exchange_weak(oldHead,newNode))

newNode->next = oldHead;

}

int main ()

{

// spawn 10 threads to fill the linked list:

std::vector<:thread> threads;

for (int i=0; i<10; ++i) threads.push_back(std::thread(append,i));

for (auto& th : threads) th.join();

// print contents:

for (Node* it = list_head; it!=nullptr; it=it->next)

std::cout << ' ' << it->value;

std::cout << '\n';

// cleanup:

Node* it; while (it=list_head) {list_head=it->next; delete it;}

return 0;

}

compare_exchange_strong 跟 compare_exchange_week 不同的是：

與compare_exchange_weak 不同, strong版本的 compare-and-exchange 操作不允許(spuriously 地)返回 false，即原子對象所封裝的值與參數 expected 的物理內容相同，比較操作一定會為 true。不過在某些平臺下，如果算法本身需要循環操作來做檢查， compare_exchange_weak 的性能會更好。

特定的操作支持(整形和指針)

if T is integral (1)

T fetch_add (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_add (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

T fetch_sub (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_sub (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

if T is pointer (2)

T fetch_add (ptrdiff_t val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_add (ptrdiff_t val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

T fetch_sub (ptrdiff_t val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_sub (ptrdiff_t val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

*將val加或者減去到包含的值并返回在操作之前的值。

*整個操作是原子的(一個原子的讀-修改-寫操作):當在這個函數被修改的時候,讀取的(返回)值被讀取，值不受其他線程的影響。

*這個成員函數是對整數(1)和指針(2)類型(除了bool除外)的原子專門化中定義。

*如果第二個參數使用默認值，則該函數等價于原子::運算符+ =。

示例9：

#include

#include

#include

std::atomic data;

void do_work()

{

data.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);

}

int main()

{

std::thread th1(do_work);

std::thread th2(do_work);

std::thread th3(do_work);

std::thread th4(do_work);

std::thread th5(do_work);

th1.join();

th2.join();

th3.join();

th4.join();

th5.join();

std::cout << "Result:" << data << '\n';

return 0;

}

T fetch_and (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_and (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

T fetch_or (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_or (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

T fetch_xor (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

T fetch_xor (T val, memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

* 讀取包含的值并替換調該值和val執行一個位和操作的結果。

* 整個操作是原子的(一個原子的讀-修改-寫操作):當在這個函數被修改的時候,讀取的(返回)值被讀取，值不受其他線程的影響。

* 這個成員函數只在原子專門化中定義為整數類型(除了bool)。

* 如果第二個參數使用默認值，則該函數等價于原子::operator& =。

T operator++() volatile noexcept;

T operator++() noexcept;

T operator--() volatile noexcept;

T operator--() noexcept;

post-increment (2)

T operator++ (int) volatile noexcept;

T operator++ (int) noexcept;

T operator-- (int) volatile noexcept;

T operator-- (int) noexcept;

* 包含值的值進行增加或減少1，操作(1)返回所得到的包含值，操作(2)返回之前的值。

* 整個操作是原子的(一個原子的讀-修改-寫操作):當在這個函數被修改的時候,讀取的(返回)值被讀取，值不受其他線程的影響。

* 函數只在原子專門化中定義為整數和指針類型(除了bool)。

* 這個函數的行為就像調用std::stomic::fetch_add(1),memory_order_seq_cst作為參數。

if T is integral (1)

T operator+= (T val) volatile noexcept;

T operator+= (T val) noexcept;

T operator-= (T val) volatile noexcept;

T operator-= (T val) noexcept;

T operator&= (T val) volatile noexcept;

T operator&= (T val) noexcept;

T operator|= (T val) volatile noexcept;

T operator|= (T val) noexcept;

T operator^= (T val) volatile noexcept;

T operator^= (T val) noexcept;

if T is pointer (2)

T operator+= (ptrdiff_t val) volatile noexcept;

T operator+= (ptrdiff_t val) noexcept;

T operator-= (ptrdiff_t val) volatile noexcept;

T operator-= (ptrdiff_t val) noexcept;

* 對于整形(1)和指針(2)類型的原子專門化是支持復合賦值的;每一個函數都訪問包含的值，應用合適的操作符，并在操作之前返回包含值的值;所有這些操作都不會受到其他線程的影響。

* 這些函數的行為就像使用memory_order_seq_cst調用std::stomic::fetch_ *函數一樣:

atomic_flag是一個原子布爾類型。不同于std::atomic的所有專門化，它保證是lock_free。不像std::stomic< bool >，std::atomic_flag不提供負載或存儲操作。

示例10：

#include

#include

#include

#include

std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;

void f(int n)

{

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

while (lock.test_and_set(std::memory_order_acquire)) // acquire lock

; // spin

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

lock.clear(std::memory_order_release); // release lock

}

}

int main()

{

std::vector<:thread> v;

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

v.emplace_back(f, n);

}

for (auto& t : v) {

t.join();

}

return 0;

}

atomic_flag() noexcept = default;

atomic_flag (const atomic_flag&T) = delete;

* atomic_flag在構建(或設置或清除)上處于一個未指定的狀態，除非它被顯式地初始化為ATOMIC_FLAG_INIT。

* ATOMIC_FLAG_INIT初始化是通過簡單地調用默認構造函數或其他方法來實現的，這取決于特定的庫實現。

* atomic_flag值不能復制/移動。

*** 注意： std::atomic_flag::operator= 不可賦值，其賦值操作符被刪除。。

示例11：

// constructing atomics: atomic vs atomic_flag

#include // std::cout

#include // std::atomic, std::atomic_flag, ATOMIC_FLAG_INIT

#include // std::thread, std::this_thread::yield

#include // std::vector

std::atomic ready (false); // can be checked without being set

std::atomic_flag winner = ATOMIC_FLAG_INIT; // always set when checked

void count1m (int id) {

while (!ready) { std::this_thread::yield(); } // wait for the ready signal

for (int i=0; i<1000000; ++i) {} // go!, count to 1 million

if (!winner.test_and_set()) { std::cout << "thread #" << id << " won!\n"; }

};

int main ()

{

std::vector<:thread> threads;

std::cout << "spawning 10 threads that count to 1 million...\n";

for (int i=1; i<=10; ++i) threads.push_back(std::thread(count1m,i));

ready = true;

for (auto& th : threads) th.join();

return 0;

}

bool test_and_set (memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

bool test_and_set (memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

* 設置atomic_flag并返回是否在調用之前已經設置的。

* * 整個操作是原子的(一個原子的讀-修改-寫操作):當在這個函數被修改的時候,讀取的(返回)值被讀取，值不受其他線程的影響。

示例12：

// atomic_flag as a spinning lock

#include // std::cout

#include // std::atomic_flag

#include // std::thread

#include // std::vector

#include // std::stringstream

std::atomic_flag lock_stream = ATOMIC_FLAG_INIT;

std::stringstream stream;

void append_number(int x) {

while (lock_stream.test_and_set()) {}

stream << "thread #" << x << '\n';

lock_stream.clear();

}

int main ()

{

std::vector<:thread> threads;

for (int i=1; i<=10; ++i) threads.push_back(std::thread(append_number,i));

for (auto& th : threads) th.join();

std::cout << stream.str();

return 0;

}

void clear (memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;

void clear (memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

清除atomic_flag(即把atomic_flag 設為假)。

清除atomic_flag使下一次調用成員atomic_flag::test_and_set對象返回false。

操作是原子的，按照sync所指定的內存順序。

示例13：

// atomic_flag as a spinning lock

#include // std::cout

#include // std::atomic_flag

#include // std::thread

#include // std::vector

#include // std::stringstream

std::atomic_flag lock_stream = ATOMIC_FLAG_INIT;

std::stringstream stream;

void append_number(int x) {

while (lock_stream.test_and_set()) {}

stream << "thread #" << x << '\n';

lock_stream.clear();

}

int main ()

{

std::vector<:thread> threads;

for (int i=1; i<=10; ++i) threads.push_back(std::thread(append_number,i));

for (auto& th : threads) th.join();

std::cout << stream.str();

return 0;

}

作為用于執行原子操作的函數的參數，用于指定如何同步不同線程上的其他操作。也可參見網址。

定義：

```c

typedef enum memory_order {

memory_order_relaxed, // relaxed

memory_order_consume, // consume

memory_order_acquire, // acquire

memory_order_release, // release

memory_order_acq_rel, // acquire/release

memory_order_seq_cst // sequentially consistent

} memory_order;

* 當多個線程訪問原子對象時，所有原子操作都會對一個原子對象定義良好的行為:在任何其他原子操作能夠訪問該對象之前，每個原子操作都是完全在對象上執行的。這保證了這些對象上沒有數據競爭，而這正是定義原子性的特性。

* 但是，每個線程可能在內存位置上執行操作，而不是原子對象本身:這些操作可能會對其他線程產生可見的副作用。這種類型的參數允許指定操作的內存順序，以確定這些(可能非原子)可見的副作用是如何在線程間同步的，使用原子操作作為同步點:

memory_order_relaxed

該操作在某一時刻被命令進行原子化。這是最寬松的內存順序，無法保證對不同線程的內存訪問是如何根據原子操作進行排序的。

標記為memory_order_relaxed的原子操作不是同步操作;它們不會在并發內存訪問中強制執行順序。它們只保證原子性和修改順序的一致性。

示例14：

#include

#include

#include

#include

std::atomic cnt = {0};

void f()

{

for (int n = 0; n < 1000; ++n) {

cnt.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);

}

}

int main()

{

std::vector<:thread> v;

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

v.emplace_back(f);

}

for (auto& t : v) {

t.join();

}

std::cout << "Final counter value is " << cnt << '\n';

return 0;

}

memory_order_consume

如果在這個對釋放操作進行依賴(并且對加載線程有明顯的副作用)的釋放線程上 所有訪問內存 已經發生，那么操作將被命令執行。

帶有這個內存順序的加載操作在受影響的內存位置上執行獲取操作:當前線程依賴于當前裝載的值，在此負載之前，不需要讀取或寫入。在當前線程中可以看到相同的原子變量。在大多數平臺上，這只會影響編譯器優化(參見下面的Release-Consume)。

memory_order_acquire

在釋放線程(對加載線程有明顯的副作用)的情況下，操作被命令進行一次。

帶有這個內存順序的加載操作在受影響的內存位置上執行獲取操作:在此負載之前，在當前線程中不可以重新排序。所有在其他線程中都可以在當前線程中看到相同的原子變量(參見下面的Release-Acquire)

memory_order_release

* 該操作被命令在消費或獲取操作之前發生，作為對內存的其他訪問的同步點，可能對加載線程有可見的副作用。

* 具有這種內存順序的存儲操作執行釋放操作:在當前線程中，在該存儲之后，不可以在當前線程中重新排序。當前線程中所有的寫操作都可以在其他線程中看到，這些線程獲得相同的原子變量(參見下面的Release-Acquire)，并且在使用相同原子的其他線程中，將對原子變量的依賴變為可見(參見下面的Release-Consume)。

memory_order_acq_rel

* 該操作加載并存儲釋放(如上所述，用于memory_order_acquire 、memory_order_release)。

memory_order_seq_cst

* 這個操作是按順序一致的方式排序的:所有使用這個內存順序的操作都是在所有可能對其他線程都有可見副作用的內存中執行的。

* 這是最嚴格的內存順序，在非原子內存訪問的情況下，保證了線程交互中最不意外的副作用。

* 對于消費和獲取負載，順序一致的存儲操作被認為是發布操作。

四、Functions

template

T kill_dependency (T y) noexcept;

* 返回y的值而不需要依賴項。

* 使用memory_order_consume 作為內存順序的原子操作，要求編譯器檢查通過訪問存儲的內存位置所帶來的依賴關系。同步這樣的依賴關系可能會導致某些硬件設置被設置，并迫使編譯器放棄涉及這些內存位置的某些潛在優化。

* 調用此函數指示編譯器，任何依賴于y的依賴項都不應被傳遞到返回值，而不需要同步。

extern "C" void atomic_thread_fence (memory_order sync) noexcept;

建立一個多線程的隔離:對這個函數的調用的時間點變成一個獲取或者一個釋放(或者兩者都是)的同步點。

在調用這個函數之前發生的釋放線程的所有可見的副作用都是同步的，在調用這個函數在獲取線程之前。

調用該函數與加載或存儲原子操作具有相同的效果，但不涉及原子值。

extern "C" void atomic_signal_fence (memory_order sync) noexcept;

建立一個單線程的隔離:對這個函數的調用點在一個線程內變成一個獲取或一個釋放點(或者兩者)。

這個函數相當于atomic_thread_fence ，但是沒有因為調用而發生線程間同步。該函數的作用是對編譯器進行指令，以阻止它進行優化，包括將寫操作移動到一個釋放柵欄或在獲取柵欄之前的讀操作。

五、 Functions for atomic objects (C-style)

template (1)

template bool atomic_is_lock_free (const volatile atomic* obj) noexcept;

template bool atomic_is_lock_free (const atomic* obj) noexcept;

overloads (2)

bool atomic_is_lock_free (const volatile A* obj) noexcept;

bool atomic_is_lock_free (const A* obj) noexcept;

是否是lock_free。

注意：

除了std::atomicflag的所有原子類型都可以使用互斥鎖或其他鎖定操作實現，而不是使用無鎖的原子CPU指令。原子類型也被允許有時是無鎖的，例如，如果在給定的體系結構中，只有對齊的內存訪問是自然的，那么相同類型的不一致的對象就必須使用鎖。

C++標準推薦(但不需要)無鎖的原子操作也是無地址的，也就是說，適合于使用共享內存的進程之間的通信。

示例15 (同示例3)：

#include

#include

#include

struct A { int a[100]; };

struct B { int x, y; };

int main()

{

std::atomic a;

std::atomic b;

std::cout << std::boolalpha

<< "std::atomic is lock free? "

<< std::atomic_is_lock_free(&a) << '\n'

<< "std::atomic is lock free? "

<< std::atomic_is_lock_free(&b) << '\n';

return 0;

}

template (1)

template void atomic_init (volatile atomic* obj, T val) noexcept;

template void atomic_init (atomic* obj, T val) noexcept;

overloads (2)

void atomic_init (volatile A* obj, T val) noexcept;

void atomic_init (A* obj, T val) noexcept;

用val的一個包含值初始化obj,該函數不是原子性的:來自另一個線程的并發訪問，即使是通過原子操作，也是一種數據競爭。

如果obj不是默認構造，那么這個行為就沒有定義。

如果這個函數在同一個obj上被調用兩次，那么這個行為是沒有定義的。

template (1)

template void atomic_store (volatile atomic* obj, T val) noexcept;

template void atomic_store (atomic* obj, T val) noexcept;

template

void atomic_store_explicit (volatile atomic* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

template

void atomic_store_explicit (atomic* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

overloads (2)

void atomic_store (volatile A* obj, T val) noexcept;

void atomic_store (A* obj, T val) noexcept;

void atomic_store_explicit (volatile A* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

void atomic_store_explicit (A* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

用val替換obj中包含的值。該操作是原子性的，atomic_store 使用順序一致性(memory_order_seq_cst), atomic_store_explicit 顯示制定內存順序。參見stomic的等價函數atomic::store和 atomic::operator=。

template (1)

template T atomic_load (const volatile atomic* obj) noexcept;

template T atomic_load (const atomic* obj) noexcept;

template

T atomic_load_explicit (const volatile atomic* obj, memory_order sync) noexcept;

template

T atomic_load_explicit (const atomic* obj, memory_order sync) noexcept;

overloads (2)

T atomic_load (const volatile A* obj) noexcept;

T atomic_load (const A* obj) noexcept;

T atomic_load_explicit (const volatile A* obj, memory_order sync) noexcept;

T atomic_load_explicit (const A* obj, memory_order sync) noexcept;

同上面函數，返回obj中包含的值。該操作是原子性的，并使用順序一致性(memory_order_seq_cst)。要制定內存數序使用顯示調用函數atomic_load_explicit。

template (1)

template T atomic_exchange (volatile atomic* obj, T val) noexcept;

template T atomic_exchange (atomic* obj, T val) noexcept;

template

T atomic_exchange_explicit(volatile atomic* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

template

T atomic_exchange_explicit(atomic* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

overloads (2)

T atomic_exchange (volatile A* obj, T val) noexcept;

T atomic_exchange (A* obj, T val) noexcept;

T atomic_exchange_explicit(volatile A* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

T atomic_exchange_explicit(A* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

用val替換obj中包含的值，并返回obj之前的值。

整個操作是原子性的(一個原子的讀-修改-寫操作):在讀取(返回)值和被該函數修改的瞬間之間，obj的值不會受到其他線程的影響。要制定內存數序使用顯示調用函數atomic_exchange_explicit。

注意： 這個顯示代碼網站上有錯誤，本文已經改正。

template (1)

template

bool atomic_compare_exchange_weak (volatile atomic* obj, T* expected, T val) noexcept;

template

bool atomic_compare_exchange_weak (atomic* obj, T* expected, T val) noexcept;

template

bool atomic_compare_exchange_weak_explicit (volatile atomic* obj,

T* expected, T val, memory_order success, memory_order failure) noexcept;

template

bool atomic_compare_exchange_weak_explicit (atomic* obj,

T* expected, T val, memory_order success, memory_order failure) noexcept;

overloads (2)

bool atomic_compare_exchange_weak (volatile A* obj, T* expected, T val) noexcept;

bool atomic_compare_exchange_weak (A* obj, T* expected, T val) noexcept;

bool atomic_compare_exchange_weak_explicit (volatile A* obj,

T* expected, T val, memory_order success, memory_order failure) noexcept;

bool atomic_compare_exchange_weak_explicit (A* obj,

T* expected, T val, memory_order success, memory_order failure) noexcept;

將obj中包含的值與預期的內容進行比較:

-如果是真的，它會用val替換包含的值。

-如果是假的，它將用所包含的值替換預期值

函數總是訪問包含的值來讀取它，如果這個比較是真的，那么它也會替換它。但是整個操作都是原子性的:在讀取值和被替換的時刻之間，它的值不能被其他線程修改。

** 注意：

這個函數直接的比較物理內容所包含的價值與預期的內容,這可能導致得到使用operator==比較的結果是一個失敗的結果,因為對象底層的物理內容中可能存在位對齊或其他邏輯表示相同但是物理表示不同的值(比如 true 和 2 或 3，它們在邏輯上都表示"真"，但在物理上兩者的表示并不相同)。

不像 compare_exchange_strong，這個弱版本允許(spuriously 地)返回 false(即原子對象所封裝的值與參數 expected 的物理內容相同，但卻仍然返回 false)，即使在預期的實際情況與所包含的對象相比較時也是如此。對于某些循環算法來說，這可能是可接受的行為，并且可能會在某些平臺上帶來顯著的性能提升。在這些虛假的失敗中，函數返回false，而不修改預期。

對于非循環算法來說， compare_exchange_strong通常是首選。

template (1)

template

bool atomic_compare_exchange_strong (volatile atomic* obj, T* expected, T val) noexcept;

template

bool atomic_compare_exchange_strong (atomic* obj, T* expected, T val) noexcept;

template

bool atomic_compare_exchange_strong_explicit (volatile atomic* obj,

T* expected, T val, memory_order success, memory_order failure) noexcept;

template

bool atomic_compare_exchange_strong_explicit (atomic* obj,

T* expected, T val, memory_order success, memory_order failure) noexcept;

overloads (2)

bool atomic_compare_exchange_strong (volatile A* obj, T* expected, T val) noexcept;

bool atomic_compare_exchange_strong (A* obj, T* expected, T val) noexcept;

bool atomic_compare_exchange_strong_explicit (volatile A* obj,

T* expected, T val, memory_order success, memory_order failure) noexcept;

bool atomic_compare_exchange_strong_explicit (A* obj,

T* expected, T val, memory_order success, memory_order failure) noexcept;

將obj中包含的值與預期的值進行比較:

-如果是真的，它會用val替換包含的值。

-如果是假的，它將用所包含的值替換預期值。

函數總是訪問包含的值來讀取它，如果這個比較是真的，那么它也會替換它。但是整個操作都是原子性的:在讀取值和被替換的時刻之間，它的值不能被其他線程修改。

** 注意：

compare_exchange_strong 跟 compare_exchange_week 不同的是：

與compare_exchange_weak 不同, strong版本的 compare-and-exchange 操作不允許(spuriously 地)返回 false，即原子對象所封裝的值與參數 expected 的物理內容相同，比較操作一定會為 true。不過在某些平臺下，如果算法本身需要循環操作來做檢查， compare_exchange_weak 的性能會更好。

template (integral) (1)

template T atomic_fetch_add (volatile atomic* obj, T val) noexcept;

template T atomic_fetch_add (atomic* obj, T val) noexcept;

template

T atomic_fetch_add_explicit (volatile atomic* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

template

T atomic_fetch_add_explicit (atomic* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

template (pointer) (2)

template U* atomic_fetch_add (volatile atomic* obj, ptrdiff_t val) noexcept;

template U* atomic_fetch_add (atomic* obj, ptrdiff_t val) noexcept;

template

U* atomic_fetch_add_explicit (volatile atomic* obj, ptrdiff_t val, memory_order sync) noexcept;

template

U* atomic_fetch_add_explicit (atomic* obj, ptrdiff_t val, memory_order sync) noexcept;

overloads (3)

T atomic_fetch_add (volatile A* obj, M val) noexcept;

T atomic_fetch_add (A* obj, M val) noexcept;

T atomic_fetch_add_explicit (volatile A* obj, M val, memory_order sync) noexcept;

T atomic_fetch_add_explicit (A* obj, M val, memory_order sync) noexcept;

將val添加到obj中所包含的值。整個操作都是原子性的:在讀取(返回)值和被該函數修改的時刻之間，值不能被修改。要制定內存數序使用顯示調用函數atomic_fetch_add_explicit 。

template (integral) (1)

template T atomic_fetch_sub (volatile atomic* obj, T val) noexcept;

template T atomic_fetch_sub (atomic* obj, T val) noexcept;

template

T atomic_fetch_sub_explicit (volatile atomic* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

template

T atomic_fetch_sub_explicit (atomic* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

template (pointer) (2)

template U* atomic_fetch_sub (volatile atomic* obj, ptrdiff_t val) noexcept;

template U* atomic_fetch_sub (atomic* obj, ptrdiff_t val) noexcept;

template

U* atomic_fetch_sub_explicit (volatile atomic* obj, ptrdiff_t val, memory_order sync) noexcept;

template

U* atomic_fetch_sub_explicit (atomic* obj, ptrdiff_t val, memory_order sync) noexcept;

overloads (3)

T atomic_fetch_sub (volatile A* obj, M val) noexcept;

T atomic_fetch_sub (A* obj, M val) noexcept;

T atomic_fetch_sub_explicit (volatile A* obj, M val, memory_order sync) noexcept;

T atomic_fetch_sub_explicit (A* obj, M val, memory_order sync) noexcept;

從obj中所包含的值減去val。整個操作都是原子性的:在讀取(返回)值和被該函數修改的時刻之間，值不能被修改。要制定內存數序使用顯示調用函數atomic_fetch_sub_explicit 。

template (integral) (1)

template T atomic_fetch_and (volatile atomic* obj, T val) noexcept;

template T atomic_fetch_and (atomic* obj, T val) noexcept;

template

T atomic_fetch_and_explicit (volatile atomic* obj,T val, memory_order sync) noexcept;

template

T atomic_fetch_and_explicit (atomic* obj,T val, memory_order sync) noexcept;

overloads (2)

T atomic_fetch_and (volatile A* obj, T val) noexcept;

T atomic_fetch_and (A* obj, T val) noexcept;

T atomic_fetch_and_explicit (volatile A* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

T atomic_fetch_and_explicit (A* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

讀取obj中包含的值，并通過在讀取值和val之間執行一個位操作“與”操作來替換它。

整個操作是原子性的(一個原子的讀-修改-寫操作):在讀取(返回)值和被該函數修改的那一刻之間，值不會受到其他線程的影響。要制定內存數序使用顯示調用函數atomic_fetch_and_explicit 。

template (integral) (1)

template T atomic_fetch_or (volatile atomic* obj, T val) noexcept;

template T atomic_fetch_or (atomic* obj, T val) noexcept;

template

T atomic_fetch_or_explicit (volatile atomic* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

template

T atomic_fetch_or_explicit (atomic* obj,T val, memory_order sync) noexcept;

overloads (2)

T atomic_fetch_or (volatile A* obj, T val) noexcept;

T atomic_fetch_or (A* obj, T val) noexcept;

T atomic_fetch_or_explicit (volatile A* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

T atomic_fetch_or_explicit (A* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

讀取obj中包含的值，并通過在讀取值和val之間執行一個位操作“或”操作來替換它。

整個操作是原子性的(一個原子的讀-修改-寫操作):在讀取(返回)值和被該函數修改的那一刻之間，值不會受到其他線程的影響。要制定內存數序使用顯示調用函數atomic_fetch_or_explicit

template (integral) (1)

template T atomic_fetch_xor (volatile atomic* obj, T val) noexcept;

template T atomic_fetch_xor (atomic* obj, T val) noexcept;

template

T atomic_fetch_xor_explicit (volatile atomic* obj,T val, memory_order sync) noexcept;

template

T atomic_fetch_xor_explicit (atomic* obj,T val, memory_order sync) noexcept;

overloads (2)

T atomic_fetch_xor (volatile A* obj, T val) noexcept;

T atomic_fetch_xor (A* obj, T val) noexcept;

T atomic_fetch_xor_explicit (volatile A* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

T atomic_fetch_xor_explicit (A* obj, T val, memory_order sync) noexcept;

讀取obj中包含的值，并通過在讀取值和val之間執行一個位操作“異或”操作來替換它。

整個操作是原子性的(一個原子的讀-修改-寫操作):在讀取(返回)值和被該函數修改的那一刻之間，值不會受到其他線程的影響。要制定內存數序使用顯示調用函數atomic_fetch_xor_explicit

bool atomic_flag_test_and_set (volatile atomic_flag* obj) noexcept;

bool atomic_flag_test_and_set (atomic_flag* obj) noexcept;

bool atomic_flag_test_and_set (volatile atomic_flag* obj, memory_order sync) noexcept;

bool atomic_flag_test_and_set (atomic_flag* obj, memory_order sync) noexcept;

設置obj指向的原子標志，并返回調用之前的值。

整個操作是原子性的(一個原子的讀-修改-寫操作):在讀取(返回)值和被該函數修改的瞬間之間，obj的值不會受到其他線程的影響。要制定內存數序使用顯示調用函數atomic_flag_test_and_set

void atomic_flag_clear (volatile atomic_flag* obj) noexcept;

void atomic_flag_clear (atomic_flag* obj) noexcept;

void atomic_flag_clear_explicit(volatile atomic_flag* obj, memory_order sync) noexcept;

void atomic_flag_clear_explicit(atomic_flag* obj, memory_order sync) noexcept;

清除obj，將它的標志值設置為false。該操作是原子性的。要制定內存數序使用顯示調用函數atomic_flag_clear_explicit。

六、Macro functions

ATOMIC_VAR_INIT

ATOMIC_VAR_INIT(val) //初始化 std::atomic 對象。

這個宏的存在是為了與C實現兼容，在其中，它被用作構造函數(默認構造的)原子對象;在C++中，這個初始化可以由初始化構造函數直接執行。

ATOMIC_FLAG_INIT

ATOMIC_FLAG_INIT //初始化 std::atomic_flag 對象。

這個宏的定義用來將類型std::atomic_flag的對象初始化到clear的狀態。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的atomic头文件编译_c++11 多线程（3）atomic 总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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