c++11总结21——atomic_flag

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#atomic_flag

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本文详细介绍了C++中的std::atomic_flag，包括其无锁特性、成员函数如clear、test_and_set等。通过示例展示了如何使用std::atomic_flag实现自旋互斥，强调了test_and_set的原子性及其在内存序中的作用。同时提到了C++20新增的wait、notify_one和notify_all功能，用于线程间的同步。

1. 头文件

#include <atomic>

2. 功能

是原子布尔类型，它保证是无锁的（lock-free），且不提供加载或存储操作。

3. 成员函数

构造函数	atomic_flag() noexcept = default; atomic_flag (const atomic_flag&T) = delete; operator= is deleted (non-copyable/moveable) 说明：拷贝构造函数和赋值函数被禁用，不允许从一个atomic_flag对象构造另一个对象
clear	原子的设置标志为false
test_and_set	原子的设置标志为true，并获得其先前值
test（c++20）	原子的返回标志的值
wait（c++20）	阻塞线程直至被提醒且原子值更改
notify_one（c++20）	提醒至少一个在原子对象上的等待中阻塞的线程
notify_all（c++20）	提醒所有在原子对象上的等待中阻塞的线程

4. ATOMIC_FLAG_INIT宏

如果某个std::atomic_flag 对象使用该宏初始化，那么可以保证该 std::atomic_flag 对象在创建时处于 clear 状态，即标志为false。

5. std::atomic_flag::test_and_set

5.1 原型

bool test_and_set (memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;
bool test_and_set (memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

5.2 作用

test_and_set() 函数检查 std::atomic_flag 标志，如果 std::atomic_flag 之前没有被设置过，则设置 std::atomic_flag 的标志，并返回先前该 std::atomic_flag 对象是否被设置过，如果之前 std::atomic_flag 对象已被设置，则返回 true，否则返回 false。

test-and-set 操作是原子的（因此 test-and-set 是原子 read-modify-write （RMW）操作）。

test_and_set 可以指定 Memory Order（后续作补充）：

Memory Order 值	Memory Order 类型
memory_order_relaxed	Relaxed
memory_order_consume	Consume
memory_order_acquire	Acquire
memory_order_release	Release
memory_order_acq_rel	Acquire/Release
memory_order_seq_cst	Sequentially consistent

6. std::atomic_flag::clear()

6.1 原型

void clear (memory_order sync = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;
void clear (memory_order sync = memory_order_seq_cst) noexcept;

6.2 作用

清除 std::atomic_flag 标志使得下一次调用 std::atomic_flag::test_and_set 返回 false。

7. 自旋互斥

#include <thread>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <atomic>
 
std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;
 
void myFunc(int n)
{
    for (int cnt = 0; cnt < 100; ++cnt) {
        while (lock.test_and_set(std::memory_order_acquire))  // 获得锁
             ; // 自旋
        std::cout << "Output from thread " << n << '\n';
        lock.clear(std::memory_order_release);               // 释放锁
    }
}
 
int main()
{
    std::vector<std::thread> v;
    for (int n = 0; n < 10; ++n) {
        v.emplace_back(myFunc, n);
    }
    for (auto& t : v) {
        t.join();
    }
}

部分参考：

https://www.cnblogs.com/haippy/p/3252056.html

https://www.apiref.com/cpp-zh/cpp/atomic/atomic_flag.html