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C++11中atomic

news 来源：原创 2025/6/16 8:05:14

C++11中atomic

在C++中，std::atomic 是一个非常重要的工具，主要用于实现线程安全的操作。它属于C++11标准引入的 <atomic> 头文件的一部分，用于处理多线程环境下的原子操作。以下是 std::atomic 的主要作用和特点：

1. 保证操作的原子性

原子操作是指一个不可分割的操作，它在执行过程中不会被其他线程中断。std::atomic 可以确保对变量的读取、修改和写入操作是原子性的，即使在多线程环境下也不会出现竞态条件（Race Condition）。

例如，普通的整数变量操作可能被编译器或硬件拆分成多个步骤，但在多线程环境下，这些步骤可能会被其他线程打断，从而导致数据不一致。而 std::atomic 可以保证这些操作是完整的、不可分割的。

std::atomic<int> counter(0);
counter++;  // 原子操作，不会被打断

2. 线程安全

std::atomic 提供了一种轻量级的线程安全机制。它可以用于保护共享变量，避免多线程访问时的冲突。与互斥锁（std::mutex）相比，std::atomic 更高效，因为它不需要操作系统级别的锁机制，而是通过硬件支持的原子指令来实现。

#include <iostream>
#include<atomic>
#include<thread>
#include<vector>
using namespace std;

std::atomic<int> g_Count = 0;

void IncrementCounter()
{
    for (int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        // 线程安全的原子操作
        g_Count++;
    }
}

int main()
{
    std::vector<thread> vtThreads;

    for(int i=0;i<10;i++)
    {
        vtThreads.emplace_back(IncrementCounter);
    }

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

    std::cout << "Final value:"<< g_Count << endl;
    std::cout << "Hello World!\n";
}

代码运行结果：

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3. 内存序（Memory Ordering）

std::atomic 还提供了对内存序的控制，用于解决多线程环境下的内存可见性和指令重排序问题。C++ 提供了多种内存序选项，例如 std::memory_order_seq_cst（顺序一致性）、std::memory_order_acquire（获取）、std::memory_order_release（释放）等。

这些内存序选项允许程序员更精细地控制线程之间的同步和可见性，从而优化多线程程序的性能。

4. 支持多种数据类型

std::atomic 不仅可以用于基本数据类型（如 int、float、bool 等），还可以用于指针类型和用户自定义类型（通过特化模板）。这使得它在多线程编程中非常灵活。

std::atomic<int*> atomic_ptr(nullptr);

void set_pointer(int* ptr) {
    atomic_ptr.store(ptr, std::memory_order_release);
}

void get_pointer() {
    int* ptr = atomic_ptr.load(std::memory_order_acquire);
    // 使用 ptr
}