compare_exchange_weak 和compare_exchange_strong区别

原创 已于 2025-03-19 14:59:55 修改 · 1k 阅读 · 13 ·
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于 2025-03-19 14:58:45 首次发布

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compare_exchange_weak 和 compare_exchange_strong 都是 std::atomic 类提供的成员函数，用于执行原子的比较和交换（Compare-And-Swap，CAS）操作。它们的主要功能都是比较原子变量的当前值与期望的值，如果相等则将原子变量更新为新值，但两者存在一些区别

1. 伪失败情况

  • compare_exchange_weak：可能会出现伪失败的情况。即使原子变量的当前值与期望的值相等，compare_exchange_weak 操作也可能返回 false，表示比较和交换操作失败。这是因为在某些硬件平台上，compare_exchange_weak 的实现更为高效，它利用了硬件的特性，但这种特性可能会导致偶尔的伪失败。
  • compare_exchange_strong：不会出现伪失败的情况。如果原子变量的当前值与期望的值相等，compare_exchange_strong 操作一定会将原子变量更新为新值，并返回 true；只有当原子变量的当前值与期望的值不相等时，才会返回 false。

2. 性能差异

  • compare_exchange_weak：由于可能出现伪失败，通常需要在代码中使用循环来重试操作，直到操作成功为止。但在一些硬件平台上，compare_exchange_weak 的实现更接近硬件的原子操作，因此性能相对较高。特别是在需要频繁进行比较和交换操作的场景中，使用 compare_exchange_weak 可以减少开销。
  • compare_exchange_strong：虽然不会出现伪失败，但它的实现可能会引入额外的开销，以确保操作的确定性。因此，在性能上可能会比 compare_exchange_weak 稍差一些。

3. 使用场景

  • compare_exchange_weak：适用于需要频繁进行比较和交换操作，并且可以接受偶尔的重试的场景。例如，在无锁队列的实现中，通常会使用 compare_exchange_weak 来更新队列的头指针或尾指针，因为即使操作偶尔失败，也可以通过循环重试来保证最终的正确性。
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c++ compare_exchange_strong|weak使用小陷阱
qq_34179431的博客
08-23 601
1、将上面的int x 改成 long long x, 这样就不会有4字节的填充。compare_exchange_strong|weak 在比较相等时用的是。但是a1 和 x 逐位比较也应该想等才对呀，那问题出现在哪里呢。这二者有什么差异呢， 我们仅仅将 int x 注释掉了。示例一 内存不对齐的大小是 8 + 4 = 12B。答案是什么也不输出， 这个有一点出乎意料了。答案是：内存对齐导致的额外的padding。但是因为内存对齐导致其大小为 16B。memcpy 比较了16，memcpy 逐位比较。
compare_exchange_weak功能
doubleintfloat的博客
03-19 1149
函数会将原子变量的当前值与一个期望值进行比较，如果两者相等，则将原子变量的值更新为指定的新值；如果不相等，则将期望值更新为原子变量的当前值。该函数可能会出现伪失败的情况，即即使原子变量的当前值与期望值相等，操作也可能返回false，但这并不影响其在循环中重试以达到最终的更新目的。
C++11：原子交换函数compare_exchange_weak和compare_exchange_strong 初探
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compare_exchange_weak和compare_exchange_strong则是著名的CAS（compare and set）
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通过这种方式，CAS 操作能够高效地协调多线程对共享资源的访问。
无锁同步-C++11之Atomic和CAS
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1、概要 本文是无锁同步系列文章的第一篇，主要探讨C++11中的Atomic。 我们知道在C++11中引入了mutex和方便优雅的lock_guard。但是有时候我们想要的是性能更高的无锁实现，下面我们来讨论C++11中新增的原子操作类Atomic，我们可以利用它巧妙地实现无锁同步。 2、传统的线程同步 1 #include <thread> ...
【C/C++】无锁编程——compare_exchange_strong
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原子操作之compare_exchange_strong
简单理解compare_exchange_weak函数
勿忘初心,方得始终
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compare_exchange_weak比compare_exchange_strong
c++原子操作中compare_exchange_weak和compare_exchange_strong的MSVC与GCC源码和用法说明
vily_lei的专栏
08-22 2037
c++原子操作中compare_exchange_weak和compare_exchange_strong的MSVC与GCC源码和用法说明
C++之compare_exchange_weak和compare_exchange_strong
最新发布
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07-21 403
这两个函数都是C++原子操作中的比较交换(compare-and-swap, CAS)操作，用于实现无锁编程，但它们有一些重要区别。
compare_exchange_weak
eckael的专栏
05-07 480
实现无锁数据结构的基础是CAS：Compare & Set，或是 Compare & Swap。CAS用C语言描述的代码（来自Wikipedia Compare And Swap） int compare_and_swap (int* reg, int oldval, int newval) { ATOMIC(); int old_reg_val = *reg; if (old_reg_val == oldval) *reg = newval; END_A.
深入理解 compare_exchange_strong 与 compare_exchange_weak：原子操作的强弱之道
探索C++编程的奥秘，分享深入的技术见解和实践，旨在激发读者创造力与解决问题的思维。
06-09 1115
在并发编程的世界里，原子操作如同微观世界的基本粒子，看似简单却蕴含着深刻的设计哲学。本文将深入探讨 C++ 中两个重要的原子操作：`compare_exchange_strong` 和 `compare_exchange_weak`，理解它们的底层原理、设计理念以及实际应用。
[modern c++] compare_exchange_weak 与 CAS
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03-23 539
参考：https://blog.youkuaiyun.com/yand789/article/details/27324295 compare_exchange_weak 的伪码逻辑： if *this == expected: *this = desired; else: expected = *this; 这里涉及到 三个值： 1）要检查的内存地址内的值 *this ； 2）希望 *this 内应当是什么值 expected ； （对应compare） 3...
std::atomic::compare_exchange_weak
qigaozhou的博客
10-07 743
https://www.cplusplus.com/reference/atomic/atomic/compare_exchange_weak/ #include // std::cout #include // std::atomic #include // std::thread #include // std::vector // a simple global linked list: struct Node { int val.
C++11 CAS无锁函数compare_exchange_weak的使用
05-14 4320
关于C++11的并发指南可以看这个Blog。 这里主要想谈一下对compare_exchange_weak这个C++11用来实现CAS无锁算法函数的理解。 可以先看一下cplusplus给出的用这个函数实现无锁链表的例子: // atomic::compare_exchange_weak example: #include // std::cout #include
C++11：原子交换函数compare_exchange_strong
cchao985771161的博客
10-12 1992
compare_exchange_strong： atomic库中的一个函数，入参是3个，expect，desire，memoryorder， 意思是如果当前的变量this的值==expect值，则将this值改为desire，并返回true， 否则，返回false，不进行修改，即进行一个读的操作。 通常用于例如线程B等待线程A执行完毕，或者执行到某个步骤。 此时线程B可以进行while等待，线程A在执行到对应步骤，将对应的原子变量置为expect值即可。类似于“接力运动”。 这里由于会进行读写操作，所以，
详细解析了 compare_exchange_weak -----并发编程入门（三）： 使用C++11实现无锁stack（lock-free stack)
05-28 1万+
时间2014-02-13 20:47:00 优快云博客 相似文章 (0) 原文  http://blog.youkuaiyun.com/anzhsoft/article/details/19125619 添加到推刊 收藏到推刊 创建推刊 收 藏 取消 已收藏到推刊！
compare_exchange_weak详解
Damon_X的博客
06-26 1065
对于类型的变量atomic_var特点内容功能CAS（Compare And Swap）：相等就替换类型weak允许虚假失败，适合 retry 循环关键参数expected是传引用，会在失败时被更新用途lock-free 数据结构（栈、队列、哈希表）和锁对比更高性能、更复杂、更容易出错常见错误忘了处理 expected 被修改、忽视内存序影响会自动更新expected// 读当前 head!// CAS 尝试替换 head为什么不重新load()也可以继续工作？
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compare_exchange_weak和compare_exchange_strong
06-24
### C++中 `compare_exchange_weak` 和 `compare_exchange_strong` 的区别及用法 在C++的并发编程中，`std::atomic` 提供了两种重要的原子操作函数：`compare_exchange_weak` 和 `compare_exchange_strong`。这两种函数都用于实现比较和交换操作，但它们的行为和适用场景有所不同。 #### 1. `compare_exchange_weak` 的行为与特点 `compare_exchange_weak` 是一种“弱”版本的比较和交换操作。它尝试将某个值与预期值进行比较，如果两者相等，则将目标值替换为期望的新值；否则，将目标值存储到预期值变量中。然而，`compare_exchange_weak` 可能会由于硬件或编译器优化的原因而失败，即使条件满足也可能返回 `false`。这种失败被称为“假失败”，通常需要通过循环重试来处理[^2]。 ```cpp bool compare_exchange_weak(T& expected, T desired, std::memory_order success, std::memory_order failure); ``` - **参数**： - `expected`：当前预期值，若比较失败，会被更新为目标值。 - `desired`：希望设置的新值。 - `success`：成功时使用的内存顺序。 - `failure`：失败时使用的内存顺序。 - **特点**： - 允许假失败（spurious failure），可能需要多次尝试才能成功。 - 性能通常优于 `compare_exchange_strong`，因为它对硬件资源的需求较低。 #### 示例代码 ```cpp #include <iostream> #include <atomic> std::atomic<int> value(0); void example_compare_exchange_weak() { int expected = 0; int desired = 42; while (!value.compare_exchange_weak(expected, desired, std::memory_order_acq_rel, std::memory_order_relaxed)) { expected = 0; // 重置预期值 } std::cout << "Value after exchange: " << value.load() << std::endl; } ``` #### 2. `compare_exchange_strong` 的行为与特点 `compare_exchange_strong` 是一种“强”版本的比较和交换操作。与 `compare_exchange_weak` 不同，它不会出现假失败的情况。只要条件满足，操作一定会成功。因此，使用 `compare_exchange_strong` 时通常不需要额外的循环重试逻辑[^3]。 ```cpp bool compare_exchange_strong(T& expected, T desired, std::memory_order success, std::memory_order failure); ``` - **参数**： - 同 `compare_exchange_weak`。 - **特点**： - 不允许假失败，操作要么成功，要么失败且提供明确原因。 - 性能可能略逊于 `compare_exchange_weak`，因为需要更多的同步开销。 #### 示例代码 ```cpp #include <iostream> #include <atomic> std::atomic<int> value(0); void example_compare_exchange_strong() { int expected = 0; int desired = 42; if (value.compare_exchange_strong(expected, desired, std::memory_order_acq_rel, std::memory_order_relaxed)) { std::cout << "Exchange succeeded" << std::endl; } else { std::cout << "Exchange failed, current value: " << expected << std::endl; } } ``` #### 3. 主要区别 | 特性 | `compare_exchange_weak` | `compare_exchange_strong` | |-------------------------|--------------------------------------------|------------------------------------| | 假失败 | 可能发生 | 不会发生 | | 循环重试需求 | 通常需要 | 不需要 | | 性能 | 较高 | 较低 | | 硬件资源消耗 | 较低 | 较高 | #### 4. 使用场景 - **`compare_exchange_weak`**：适用于性能敏感的场景，尤其是在假失败对程序逻辑无影响的情况下。由于其潜在的假失败特性，通常需要结合循环使用[^4]。 - **`compare_exchange_strong`**：适用于逻辑复杂、不允许假失败的场景。尽管性能稍逊，但在某些情况下可以简化代码逻辑。 --- ###
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