compare_exchange_weak 和compare_exchange_strong区别

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。

#include <atomic>
#include <iostream>

std::atomic<int> atomicValue(0);

void useCompareExchangeWeak() 
{
    int expected = 0;
    int newVal = 1;
    while (!atomicValue.compare_exchange_weak(expected, newVal))
    {
        // 处理失败情况，更新 expected 的值
        expected = atomicValue.load();
    }
    std::cout << "Value updated successfully using compare_exchange_weak." << std::endl;
}

• compare_exchange_strong：适用于对操作的确定性要求较高，不希望出现伪失败的场景。例如，在某些关键的同步操作中，需要确保比较和交换操作要么成功要么失败，不会出现意外的重试情况，此时可以使用 compare_exchange_strong。

#include <atomic>
#include <iostream>

std::atomic<int> atomicValue(0);

void useCompareExchangeStrong() 
{
    int expected = 0;
    int newVal = 1;
    if (atomicValue.compare_exchange_strong(expected, newVal)) 
    {
        std::cout << "Value updated successfully using compare_exchange_strong." << std::endl;
    } else
     {
        std::cout << "Value update failed using compare_exchange_strong." << std::endl;
    }
}

4. 返回值和副作用

• 返回值：两者的返回值含义相同，返回 true 表示比较和交换操作成功，原子变量的值已被更新；返回 false 表示操作失败，原子变量的值未被更新，并且 expected 参数会被更新为原子变量的当前值。
• 副作用：无论使用 compare_exchange_weak 还是 compare_exchange_strong，当操作失败时，expected 参数都会被更新为原子变量的当前值，这是一个重要的副作用，需要在代码中正确处理。

综上所述，compare_exchange_weak 和 compare_exchange_strong 各有优缺点，在实际使用中需要根据具体的场景和性能要求来选择合适的函数。