目錄

一、并發與并行

二、原子操作

三、atomic

1.創建atomic對象

2.存取atomic內部的值

3.交換值

（1）exchange（）

（2）compare_exchange_weak（）和compare_exchange_strong（）

4.storage（）

?5.整數用法

（1）atomic＜int＞

（2）atomic＜bool＞

四、并發順序?致性

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一、并發與并行

并發：一個處理器上跑一個進程（多個線程），輪流啟用時間片。

并行：多個處理器同時各跑一個線程/進程。

生動講解可看當我們在說“并發、多線程”，說的是什么？ - 知乎 (zhihu.com)

二、原子操作

????????所謂的原子操作，取的就是“原子是最小的、不可分割的最小個體”的意義，它表示在多個線程訪問同一個全局資源的時候，能夠確保所有其他的線程都不在同一時間內訪問相同的資源。也就是他確保了在同一時刻只有唯一的線程對這個資源進行訪問。這有點類似互斥對象對共享資源的訪問的保護，但是原子操作更加接近底層，因而效率更高。

????????在以往的C++標準中并沒有對原子操作進行規定，我們往往是使用匯編語言，或者是借助第三方的線程庫，例如intel的pthread來實現。在新標準C++11，引入了原子操作的概念，并通過這個新的頭文件提供了多種原子操作數據類型，例如，atomic_bool,atomic_int等等，如果我們在多個線程中對這些類型的共享資源進行操作，編譯器將保證這些操作都是原子性的，也就是說，確保任意時刻只有一個線程對這個資源進行訪問，編譯器將保證，多個線程訪問這個共享資源的正確性。從而避免了鎖的使用，提高了效率。

三、atomic

????????atomic實現了C++標準定義的原?操作庫（C++11.29），它封裝了不同計算機硬件的底層操作原語，提供了跨平臺的原?操作功能，讓我們完全擺脫了并發競爭讀寫變量的困擾。

????????atomic庫定義了基本模板類atomic＜T＞， atomic可以把對類型T的操作原?化，但不是任意的類型都可以原?化的，類型T如下：

• 標量類型（scalar），如C++內建的算術類型、枚舉、指針。
• 只有平凡（trivial）拷?/轉移構造、賦值和析構函數的類，并且可以使?memcmp執??較操 作——通常這樣的類都是POD。

????????atomic＜T＞還針對整數類型和指針類型進?了特化，增加了?些特殊的操作：fetch_xxx。

????????為了?便使?，atomic庫還為這些原?化的整數和指針類型定義了typedef，它們的名字都以 “atomic_”為前綴（注意沒有float和double）。

typedef atomic< char > atomic_char; typedef atomic< unsigned char > atomic_uchar; typedef atomic< signed char > atomic_schar; typedef atomic< uint8_t > atomic_uint8_t; typedef atomic< int8_t > atomic_int8_t; typedef atomic< unsigned short > atomic_ushort; typedef atomic< short > atomic_short; typedef atomic< uint16_t > atomic_uint16_t; typedef atomic< int16_t > atomic_int16_t; typedef atomic< unsigned int > atomic_uint; typedef atomic< int > atomic_int; typedef atomic< uint32_t > atomic_uint32_t; typedef atomic< int32_t > atomic_int32_t; typedef atomic< unsigned long > atomic_ulong; typedef atomic< long > atomic_long; typedef atomic< uint64_t > atomic_uint64_t; typedef atomic< int64_t > atomic_int64_t; ...

????????atomic的?部分成員函數返回的都不是左值，這意味著它與?原?化的類型有明顯的不同。

1.創建atomic對象

? ? ? ? 有兩種?式創建atomic對象：

• 有參數的構造函數創建有初值的atomic；
• ?參數的默認構造函數創建?個初值不確定的atomic（這種?式很危險，我們應當盡量避免。與標準庫不同：標準庫提供atomic_init函數可初始化對象）

#include <atomic>//標準庫可以使用atomic_init來初始化std::atomic<int> a;std::atomic_init<int>(&a, 10);

2.存取atomic內部的值

????????atomic最重要的兩個成員函數是store（）和load（），它們以原?的?式存取atomic內部的值，不會因并發訪問導致數據不?致。atomic還使?操作符重載簡化了store（）和load（）的調??式：賦值等價于store（），?隱式類型轉換則等價于load（）。

#include <boost/atomic.hpp>boost::atomic_int c(20);//store loadc.store(5, boost::memory_order_seq_cst);std::cout << "隱式類型轉換：" << c << std::endl; //隱式類型轉換,相當于c.load()std::cout << "使用load()取值：" << c.load() << std::endl;//結果：//隱式類型轉換：5//使用load()取值：5

3.交換值

（1）exchange（）

? ? ? 對于exchange（）函數，顧名思義，它原?化地“交換”兩個值，在存值之后返回內部原有的值。

std::cout << "exchange前的值：" << c.exchange(15) << std::endl;std::cout << "exchange后的值：" << c << std::endl;//exchange前的值：5//exchange后的值：15

（2）compare_exchange_weak（）和compare_exchange_strong（）

????????compare_exchange_weak（）和compare_exchange_strong（）是exchange（）的增強版本，也就是常說的CAS（compare-and-swap）操作。它們?較expected，如果相等則存值為 desired，返回true/false表示原值是否被修改，但?論怎樣，最后在expected變量?都會輸出原 值。

????????兩者的區別是compare_exchange_weak（）的執?速度快，但使?它即使執?成功也可能 會返回false。

int expected = 14;bool ischange = c.compare_exchange_weak(expected, 16);if (ischange){std::cout << "compare_exchange_weak后的值：" << c << std::endl;}else {std::cout << "compare_exchange_weak failed" << std::endl;}std::cout << "expected：" << expected << std::endl;//compare_exchange_weak failed//expected：15 expected = 15;ischange = c.compare_exchange_strong(expected, 16);if (ischange){std::cout << "compare_exchange_strong后的值：" << c << std::endl;}else {std::cout << "compare_exchange_strong failed" << std::endl;}std::cout << "expected：" << expected << std::endl;//compare_exchange_strong后的值：16//expected：15

4.storage（）

????????atomic的成員函數storage（）可以直接獲得atomic內部值的引?，它能夠以任意?式操作數據， 但它也因此?法提供原?保證，在并發環境?我們盡量不要使?它。使用時需要添加宏定義：

#define BOOST_ATOMIC_SILENCE_STORAGE_DEPRECATION

?5.整數用法

????????整數和bool類型是程序中最常?的數據類型，原?化后的atomic＜I＞和atomic＜bool＞的?法和原始類型類似，可以安全地將它們?在并發環境?，它們能夠被多個CPU核?或線程并發訪問? ?須特意使?保護?段，從?擔當計數器或標志位的??。

（1）atomic＜int＞

????????atomic＜I＞是?類特殊的atomic對象，它除了具有基本的原?操作，還有整數特有的?些 fetch_xxx操作，它可以執?對應的數學運算，然后返回原值?不是運算后的值。atomic＜I＞也 重載了“++”“+=”等操作符，這些操作符重載函數內部調?了fetch_xxx函數，但返回運算后的值。

boost::atomic<int> d(100);int value = d.fetch_add(1);std::cout <<"原值："<< value << std::endl;std::cout <<"fetch_add后的值："<< d << std::endl;value = ++d;std::cout <<"前置++后的值："<< value << std::endl;//原值：100//fetch_add后的值：101//前置++后的值：102

（2）atomic＜bool＞

????????atomic＜bool＞?atomic＜I＞更特殊?些，雖然它也屬于整數，但它只有true/false兩個取值，所以它沒有fetch_xxx操作，也沒有操作符重載，其接?與基本的atomic＜T＞相同（但內部實現不同）。

boost::atomic<bool> _bool(false);auto x = _bool.exchange(true);std::cout <<"原值："<< x << std::endl;std::cout <<"exchange后的值："<< _bool << std::endl;//原值：0//exchange后的值：1

四、并發順序?致性

?（可參考文章：C++ 原子操作（6種原子順序）_小烏龜的博客-CSDN博客_c++ 原子操作）

????????在現代多CPU核?并發的環境?，編譯器和CPU的優化都有可能打亂指令的執?順序，雖然這可能會獲得更?的執?效率，但也可能產?副作?，導致程序的流程不?定按照代碼的順序執?。

????????atomic庫在頭?件＜boost/memory_order.hpp＞?定義了內存訪問順序的概念，它是?個簡單的枚舉類型，允許?戶??控制代碼順序的?致性。

????????atomic＜T＞的每個成員函數都有?個memory_order默認參數（操作符重載函數除 外），它指定了原?操作的內存訪問順序要求。 memory_order參數的默認值是memory_order_seq_cst，它是最嚴格的順序?致性的約束，不允許編譯器或CPU核?為優化?調整代碼或指令的執?順序，保證在并發環境?任何CPU核?“看到”的指令順序都是相同的，其程序的執?與單CPU單線程時相同，簡化了程序員的?作。

enum class memory_order : unsigned int {relaxed = 0,consume = 1,acquire = 2,release = 4,acq_rel = 6, // acquire | releaseseq_cst = 14 // acq_rel | 8 };

總結

以上是生活随笔為你收集整理的boost | 线程与并发（一）atomic的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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