22.C++中的原子操作

C++中的原子操作

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C++的原子操作也是为了解决多线程编程中同步的问题，它保证在执行原子操作时不会被其他线程干扰。原子操作分为原子赋值和原子递增/递减操作。

原子赋值操作一般用于初始化一个共享资源，确保在多个线程同时访问时，不会出现多个线程同时修改同一个资源的情况。

原子递增/递减操作一般用于计数器，确保在多个线程同时访问时，不会出现多个线程同时修改同一个计数器的情况。

atomic_flag

std::atomic_flag是C++中的一个原子布尔类型，用于实现原子锁操作。默认情况下，它是清除状态（false）。可以使用ATOMIC_FLAG_INIT宏进行初始化。std::atomic_flag类型的对象必须由宏ATOMIC_FLAG_INIT初始化，它把标志初始化为置零状态：std::atomic_flag f=ATOMIC_FLAG_INIT。std::atomic_flag对象永远以置零状态开始，别无他选。

std::atomic_flag对象只能执行3种操作：销毁、置零、读取原有的值并设置标志成立。这分别对应于析构函数、成员函数clear()、成员函数test_and_set()。

clear()是存储操作，因此无法采用std::memory_order_acquire或std::memory_order_acq_rel内存次序，test_and_set()是“读-改-写”操作，因此能采用任何内存次序，对于上面两种操作，默认的内存序都是最严格的std::memory_order_seq_cst。

使用atomic_flag的一个示例：

#include <iostream>
#include <atomic>
#include <thread>

std::atomic_flag flag = ATOMIC_FLAG_INIT;

void taskFunc(int tid)
{
   
   
    while(flag.test_and_set(std::memory_order_acquire)) {
   
    } // 相当于上锁
    std::cout << "Thread " << tid << " acquired the lock" << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::cout << "Thread " << tid << " released the lock" << std::endl;
    flag.clear(std::memory_order_release); // 相当于解锁
}

int main(int argc, char **argv)
{
   
   
    std::thread t1(taskFunc, 1);
    std::thread t2(taskFunc, 2);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

通过上面的例子，很容易发现可以借助atomic_flag实现自旋锁：

class SpinLockMutex
{
   
   
    std::atomic_flag flag_{
   
   ATOMIC_FLAG_INIT};
public:
    void lock()
    {
   
   
        while (flag_.test_and_set(std::memory_order_acquire))
        {
   
   
            /* spin */
        }
    }

    void unlock()
    {
   
   
        flag_