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c++怎么使用原子操作(std::atomic)_c++原子操作atomic使用与示例

冰火之心

发布： 2025-10-19 17:57:02

原创

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std::atomic 提供原子操作以避免数据竞争，支持 int、bool、指针等类型，常用方法有 load、store、fetch_add 和 compare_exchange_weak，可用于无锁编程，如原子计数、标志位同步、CAS 循环更新及原子指针操作实现无锁链表，使用时需注意内存顺序与类型限制。

c++怎么使用原子操作(std::atomic)_c++原子操作atomic使用与示例

在C++多线程编程中，std::atomic 提供了一种安全的方式来操作共享变量，避免数据竞争。它保证对特定类型的操作是原子的，即不会被其他线程中断，常用于实现无锁编程或简化同步逻辑。

1. 基本用法与常用类型

std::atomic 是一个模板类，可以包装像 int、bool、指针等可平凡复制（trivially copyable）的类型。

常用特化类型包括：

std::atomic
std::atomic
std::atomic（适用于指针）
std::atomic_flag（最轻量，只支持 test_and_set / clear）

示例：定义一个原子整数并进行自增：

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#include <atomic>
#include <iostream>

std::atomic<int> counter{0};

void increment() {
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
counter.fetch_add(1); // 原子加1
}
}

2. 常见操作函数说明

原子对象提供多种操作方式，以下是核心方法：

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load()：原子地读取当前值
store(val)：原子地写入值
fetch_add(val)：加 val 并返回旧值（支持 +、- 等）
exchange(val)：设置新值，返回旧值
compare_exchange_weak(expected, desired)：CAS 操作，常用于实现无锁结构

示例：使用 load 和 store 安全访问：

std::atomic<bool> ready{false};

// 线程1：等待就绪
while (!ready.load()) {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1));
}
std::cout << "Go!\n";

// 线程2：设置就绪
ready.store(true);

3. compare_exchange_weak 使用示例

CAS（Compare and Swap）是实现原子更新的关键机制。常见于修改前检查是否被其他线程改动。

std::atomic<int> value{10};

void safe_increment_if_10() {
int expected = 10;
bool success = value.compare_exchange_weak(expected, 11);
if (success) {
std::cout << "Changed 10 to 11\n";
} else {
std::cout << "Failed: current value is " << value.load() << ", expected was " << expected << "\n";
}
}

注意：compare_exchange_weak 可能因虚假失败而返回 false，通常放在循环中使用：

int expected = value.load();
do {
// 修改期望值
} while (!value.compare_exchange_weak(expected, expected + 1));

4. 原子指针操作

std::atomic<T*> 支持指针算术，适合实现无锁链表或队列。

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

std::atomic<Node*> head{nullptr};

void push_front(int val) {
Node* new_node = new Node{val, nullptr};
Node* old_head;
do {
old_head = head.load();
new_node->next = old_head;
} while (!head.compare_exchange_weak(old_head, new_node));
}

基本上就这些。std::atomic 让你在不加锁的情况下安全操作共享变量，但要小心内存顺序（默认是 memory_order_seq_cst，最安全但也稍慢）。除非有性能要求，否则不必显式指定。使用时注意不要对复杂对象使用 atomic，它只适合基本类型和指针。

以上就是c++++怎么使用原子操作(std::atomic)_c++原子操作atomic使用与示例的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！