[开发工具]C++ atomic

atomic

每个 std::atomic 模板的实例化和全特化定义一个原子类型。若一个线程写入原子对象，同时另一线程从它读取，则行为良好定义。

另外，对原子对象的访问可以建立线程间同步，并按 std::memory_order 所对非原子内存访问定序。
std::atomic 既不可复制亦不可移动。

成员类型
	value_type	T (无论是否特化)
	difference_type	value_type (仅对 atomic<Integral> 和 atomic<Floating> (C++20 起) 特化)
	std::ptrdiff_t (仅对 atomic<U*> 特化)
	difference_type 不在初等 atomic 模板中，或不在对 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 的部分特化中定义。

成员函数
	(构造函数)	构造原子对象(公开成员函数)
	operator=	存储值于原子对象(公开成员函数)
	is_lock_free	检查原子对象是否免锁(公开成员函数)
	store	原子地以非原子对象替换原子对象的值(公开成员函数)
	load	原子地获得原子对象的值(公开成员函数)
	operator T	从原子对象加载值(公开成员函数)
	exchange	原子地替换原子对象的值并获得它先前持有的值(公开成员函数)
	compare_exchange_weak，compare_exchange_strong	原子地比较原子对象与非原子参数的值，若相等则进行交换，若不相等则进行加载(公开成员函数)
	wait(C++20)	阻塞线程直至被提醒且原子值更改(公开成员函数)
	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(公开成员函数)
	notify_all(C++20)	提醒所有在原子对象上的等待中阻塞的线程(公开成员函数)
常量
	is_always_lock_free[静态](C++17)	指示该类型是否始终免锁(公开静态成员常量)
特化成员函数
	fetch_add	原子地将参数加到存储于原子对象的值，并返回先前保有的值(公开成员函数)
	fetch_sub	原子地从存储于原子对象的值减去参数，并获得先前保有的值(公开成员函数)
	fetch_and	原子地进行参数和原子对象的值的逐位与，并获得先前保有的值(公开成员函数)
	fetch_or	原子地进行参数和原子对象的值的逐位或，并获得先前保有的值(公开成员函数)
	fetch_xor	原子地进行参数和原子对象的值的逐位异或，并获得先前保有的值(公开成员函数)
	
	令原子值增加或减少一(公开成员函数)
		operator++
		operator++(int)
		operator--
		operator--(int) 
		
	加、减，或与原子值进行逐位与、或、异或(公开成员函数)
		operator+=
		operator-=
		operator&=
		operator|=
		operator^=
	

atomic_flag

std::atomic_flag 是原子布尔类型。不同于所有 std::atomic 的特化，它保证是免锁的。不同于 std::atomic ， std::atomic_flag 不提供加载或存储操作。

成员函数
	(构造函数)	构造 atomic_flag(公开成员函数)
	operator=	赋值运算符(公开成员函数)
	clear	原子地设置标志为 false(公开成员函数)
	test_and_set	原子地设置标志为 true 并获得其先前值(公开成员函数)
	test(C++20)	原子地返回标志的值(公开成员函数)
	wait(C++20)	阻塞线程直至被提醒且原子值更改(公开成员函数)
	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(公开成员函数)
	notify_all (C++20)	提醒所有在原子对象上的等待中阻塞的线程

#include <thread>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <atomic>
 
std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;
 
void f(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(f, n);
    }
    for (auto& t : v) {
        t.join();
    }
}

输出：

Output from thread 2
Output from thread 6
Output from thread 7
...<exactly 1000 lines>...