原子操作（std::atomic）是C++无锁同步核心，保证读-改-写不可分割；支持load/store/exchange/CAS等操作及内存序控制，适用于计数器、栈等场景，但需规避非平凡类型、ABA问题与误用relaxed序等陷阱。
原子操作（std::atomic）是 C++ 多线程中实现无锁同步的核心工具，它保证对变量的读-改-写操作不可分割，避免竞态条件，同时比互斥锁更轻量、更适合高频访问场景。
基础用法：声明与常用操作
使用 std::atomic 替代普通变量，支持整型、指针、布尔等可平凡复制（trivially copyable）类型。常见操作包括：
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load()：原子读取，可指定内存序（如
memory_order_relaxed） - store(val)：原子写入
- exchange(val)：原子交换并返回旧值
- compare_exchange_weak/strong(expected, desired)：CAS（Compare-And-Swap），无锁编程基石
- 对整型还支持 fetch_add、fetch_sub、operator++ 等复合操作
示例：
std::atomiccounter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed); // 线程安全自增
内存序（memory_order）怎么选？
内存序控制编译器重排和 CPU 指令重排，直接影响性能与正确性。日常开发中优先按语义选，而非盲目追求最弱序：
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- memory_order_relaxed：仅保证该操作原子，不约束前后指令顺序。适用于计数器、标记位等无需同步其他数据的场景
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memory_order_acquire：用于读操作，保证其后所有读写不被重排到它前面。常配对
release实现“获取-释放”同步 - memory_order_release：用于写操作，保证其前所有读写不被重排到它后面。典型用于发布共享数据
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memory_order_acq_rel：读-改-写操作（如
fetch_add）兼有 acquire 和 release 语义 - memory_order_seq_cst（默认）：最强一致性，全局顺序一致，最安全也最慢。不确定时先用它，再逐步优化
用 CAS 实现无锁栈（Lock-Free Stack）
CAS 是构建无锁数据结构的关键。下面是一个简化版的无锁单链栈（仅演示核心逻辑，省略内存回收）：
struct Node {int data;
Node* next;
};
std::atomic
void push(int val) {
Node* node = new Node{val, nullptr};
node->next = head.load(std::memory_order_relaxed);
while (!head.compare_exchange_weak(node->next, node,
std::memory_order_release,
std::memory_order_relaxed)) {
// 若 head 已被其他线程修改，更新 node->next 并重试
}
}
注意：compare_exchange_weak 可能因 ABA 问题虚假失败，需循环重试；实际项目中还需配合 hazard pointer 或 RCU 解决内存回收问题。
常见陷阱与建议
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不要对非平凡类型使用 atomic：如
std::atomic<:string>不合法，只能用于 POD 类型或满足 trivially copyable 的自定义结构 - 避免误用 relaxed 序导致逻辑错误：比如用 relaxed 写标志位，又用 relaxed 读——无法保证看到最新值，必须配对 acquire/release 或用 seq_cst
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原子变量不能拷贝，只能移动或赋值：声明后不可
std::atomic，但支持a = b; a.store(b.load()) - 调试困难：无锁代码出错往往偶发且难以复现，建议先用 mutex 验证逻辑，再逐步替换为原子操作
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不是所有场景都适合无锁：高竞争下 CAS 可能频繁失败，反而比 mutex 更耗资源。简单同步优先用
std::mutex或std::shared_mutex
基本上就这些。掌握 atomic 的关键是理解「原子性」和「内存序」两个维度，动手写几个小例子（计数器、信号量、简单队列），比死记规则更有效。
