c++11 atomic的使用详解

下面是关于"C++11 atomic的使用详解"的完整攻略。

什么是atomic

atomic是一个C++11标准中的类模板，可用于实现原子操作。原子操作是一种不可分割的操作，要么成功执行，要么不执行，不会被其他线程中断。使用atomic可以确保并发访问下的线程安全。

基础用法

atomic支持内部类型如int、long等的原子操作。下面是一些基本的示例：

#include <iostream>
#include <atomic>

int main()
{
    std::atomic<int> counter(0); // 定义原子变量

    counter.fetch_add(1); // 原子加1
    std::cout << counter.load() << std::endl; // 输出1

    counter.fetch_sub(2); // 原子减2
    std::cout << counter.load() << std::endl; // 输出-1

    counter.store(10); // 原子赋值
    std::cout << counter.load() << std::endl; // 输出10

    return 0;
}

上面的例子中，我们定义了一个原子变量counter，进行了加、减、赋值操作，并通过load()方法获取当前的值。

原子类型

C++11提供了以下几种原子类型：

• std::atomic<bool>
• std::atomic<char>
• std::atomic<short>
• std::atomic<int>
• std::atomic<long>
• std::atomic<long long>
• std::atomic<unsigned char>
• std::atomic<unsigned short>
• std::atomic<unsigned int>
• std::atomic<unsigned long>
• std::atomic<unsigned long long>
• std::atomic<void *>
• std::atomic<std::nullptr_t>

其中，bool类型只定义了atomically useful objects，因此不能使用fetch_add等方法。

原子变量和非原子变量的转换

atomic支持与非原子类型之间的互相转换。下面是一个转换的示例:

#include <iostream>
#include <atomic>

int main()
{
    int x = 10;
    std::atomic<int> counter(x); // 原子变量赋予非原子变量的值

    std::cout << counter.load() << std::endl; // 输出10

    x = 20;
    counter.store(x); // 将非原子变量的值赋值给原子变量

    std::cout << counter.load() << std::endl; // 输出20

    return 0;
}

示例一：原子变量计数器

下面是一个使用原子变量实现线程安全计数器的示例：

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

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

void increment()
{
    for (int i = 0; i < 10000; ++i)
    {
        counter.fetch_add(1);
    }
}

int main()
{
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Counter: " << counter.load() << std::endl;

    return 0;
}

上面的例子中，我们定义了一个原子变量counter，并创建了两个线程，在每个线程中分别使用fetch_add()方法进行加1操作，各自进行一万次操作，最后输出计数器的值。

示例二：原子锁

下面是一个使用原子变量实现原子锁的示例：

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

std::atomic<bool> lock(false);

void acquire()
{
    bool expected = false;
    while (!std::atomic_compare_exchange_weak(&lock, &expected, true))
    {
        expected = false;
    }
}

void release()
{
    lock.store(false);
}

void func()
{
    acquire();
    std::cout << "Lock acquired" << std::endl;

    // 执行一些操作

    release();
    std::cout << "Lock released" << std::endl;
}

int main()
{
    std::thread t1(func);
    std::thread t2(func);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

上面的例子中，我们定义了一个原子变量lock，使用std::atomic_compare_exchange_weak方法实现了原子锁的获取和释放操作。

总结

上面我们详细介绍了C++11中atomic的基础用法、原子类型、原子变量和非原子变量的转换，以及一些示例应用，这些内容可以帮助我们更加准确并发的控制程序。

如果有需要请参考以上攻略，具有良好的可读性和可执行性。