C11原子操作

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已于 2022-07-20 16:25:20 修改 · 1.3k 阅读

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#c++ #算法 #c语言

于 2022-07-20 16:21:23 首次发布

本文介绍了C11标准中引入的原子操作API，包括stdatomic.h头文件、原子数据类型和函数，如atomic_store和atomic_fetch_add等。通过实例展示了原子操作如何解决多线程累加问题，以及gcc对原子操作的支持变化。

C11原子操作

C11原子操作API

在C11标准中，首次引入原子操作。

头文件：stdatomic.h

标准定义了__STDC_NO_ATOMICS__宏，用来在编译时检测是否支持stdatomic。

同时还有一系列宏和函数用来判断各种数据类型在当前的实现中是否支持原子操作，例如：ATOMIC_CHAR_LOCK_FREE,atomic_is_lock_free。

同时，标准定义了许多原子数据类型，例如：atomic_char，atomic_int。

初始化原子变量可以使用如下函数，但不保证原子性（当然一般也不会在多线程中进行初始化）。

ATOMIC_VAR_INIT
atomic_init
ATOMIC_FLAG_INIT

操作原子变量则使用如下函数，保证原子性：

atomic_store
atomic_load
atomic_exchange
atomic_compare_exchange_strong, atomic_compare_exchange_weak
atomic_fetch_add, atomic_fetch_sub, atomic_fetch_or, atomic_fetch_xor, atomic_fetch_and
atomic_flag_test_and_set
atomic_flag_clear

gcc对原子操作的支持

在C11之前，gcc对原子操作的支持是通过builtin函数实现的，即__sync前缀的函数。

在C11发布之后，gcc通过stdatomic.h提供标准接口。gcc在4.9版本之后才正式、完备的支持stdatomic，在编译命令中加上-std=c11或-std=gnu11即可。如果是之前的版本，那只能使用builtin函数了。

使用样例

下面的例子开启4个线程，每个线程都对全局变量sum执行累加操作，如果不使用原子操作的话，最终输出的sum值往往会比正确结果少：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int sum = 0;

void *func(void *param) {
   
   
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
   
   
        sum++;
    }