C++11原子操作与std::atomic使用方法

C++11通过std::atomic提供原子操作支持，实现无锁并发，提升性能。std::atomic可用于整型、指针等类型，常用操作包括store、load、exchange、compare_exchange_weak、fetch_add/sub。内存序如memory_order_relaxed、acquire、release、seq_cst控制同步行为，合理选择可优化性能。需注意类型限制和is_lock_free检查，避免误用导致逻辑错误或性能下降。

C++11引入了对原子操作的原生支持，通过

std::atomic

std::atomic基本用法

std::atomic

int

bool

long

声明一个原子整数并进行操作：

#include 
#include 

std::atomic counter(0);

void increment() {
    for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
        counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
    }
}

上面代码中，多个线程调用

increment

fetch_add

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常用原子操作函数

std::atomic

• store(value)：原子地将值写入变量
• load()：原子地读取变量的值
• exchange(value)：设置新值，并返回旧值
• compare_exchange_weak(expected, desired)：比较并交换（CAS），常用于实现无锁算法
• fetch_add(), fetch_sub()：原子加减，适用于整型和指针类型

std::atomic val(0);
int expected = val.load();
while (!val.compare_exchange_weak(expected, 42)) {
    // 如果val仍等于expected，则设为42；否则更新expected为当前值重试
}
// 最终val为42

内存序（Memory Order）控制

原子操作可以指定内存顺序，控制操作周围的内存访问如何排序。常用的

std::memory_order

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• std::memory_order_relaxed：仅保证原子性，不保证顺序，性能最好
• std::memory_order_acquire：用于读操作，确保之后的读写不会被重排到该操作之前
• std::memory_order_release：用于写操作，确保之前的读写不会被重排到该操作之后
• std::memory_order_acq_rel：同时包含acquire和release语义
• std::memory_order_seq_cst：最严格的顺序一致性，默认选项

例如，在标志位同步中使用acquire/release可避免不必要的全局同步开销：

std::atomic ready(false);
int data = 0;

// 线程1：写数据
data = 42;
ready.store(true, std::memory_order_release);

// 线程2：读数据
while (!ready.load(std::memory_order_acquire)) {
    // 等待
}
// 此时data一定可见为42

原子类型的限制与注意事项

不是所有类型都能用于

std::atomic

可以通过

is_lock_free()

std::atomic a;
std::cout << "lock free: " << a.is_lock_free() << std::endl;

若返回false，说明该原子操作内部可能使用了锁，性能优势降低。

基本上就这些。合理使用

std::atomic