c++，c++11，std::原子成员函数

c++, c++11, std::atomic member functions

本文关键字：成员 函数 std c++ c++11      更新时间：2023-10-16

我正在尝试使用std:：原子库。

  1. 专用和非专用atomic之间有什么区别成员功能
  2. 以下功能之间有什么区别（如果有的话）
  3. 运算符=将值存储到原子对象（公共成员函数）v.s.存储（C++11）用非原子参数（公共成员功能）原子替换原子对象的值
  4. 运算符T（）从原子对象（公共成员函数）加载一个值。加载（C++11）原子地获得原子对象（公用成员函数）的值
  5. 运算符+=v.s.fetch_add
  6. 运算符-=v.s.fetch_sub
  7. 运算符&v.s.fetch_and
  8. 运算符|=v.s.fetch_or
  9. 运算符^=v.s.fetch_xor
  10. 将变量声明为原子v.s.a有什么缺点非原子变量。例如std::atomic<int> x与int x？换句话说，一个原子变量的开销是多少
  11. 哪一个开销更大？一个原子变量，v.s.一个法线受互斥锁保护的变量

这是对我的难题的参考。http://en.cppreference.com/w/cpp/atomic/atomic

不是专家，但我会试试：

  1. 专用化（用于int等内置类型）包含fetch_add等附加操作。非专用表单（用户定义的类型）将不包含这些
  2. operator=返回其参数，而store不返回。此外，非运算符允许您指定内存顺序。该标准称operator=是根据store定义的
  3. 与上面相同，尽管它返回load的值
  4. 同上
  5. 同上
  6. 同上
  7. 同上
  8. 同上
  9. 同上
  10. 他们做不同的事情。以使用std::atomic_int的方式使用int是未定义的行为
  11. 您可以假设开销为int <= std::atomic <= int and std::mutex，其中<=表示"较少开销"。因此，它可能比使用互斥锁更好（尤其是对于内置类型），但比int更差

专门的和非专门的原子成员函数之间有什么区别？

正如在标准（§29.5）上这些类的合成中可以看到的那样，有三组不同的成员函数：

  • 最通用的只提供存储、加载、交换和比较交换操作
  • 积分类型的专门化除了通用运算之外，还提供原子算术和逐位运算
  • 指针的专门化除了提供一般的指针算术运算之外，还提供指针算术运算

以下功能之间有什么区别（如果有的话）？

operator=将值存储到原子对象（公共成员函数）v.s.store（C++11）用非原子参数（公共成员功能）原子替换原子对象的值

（…）

主要的功能差异在于，非操作员版本（§29.6.5，第9-17段及更多）有一个额外的参数用于指定所需的内存排序（§29.3/1）。操作员版本使用顺序一致性内存排序：

void A::store(C desired, memory_order order = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;
void A::store(C desired, memory_order order = memory_order_seq_cst) noexcept;

要求：顺序参数不得为memory_order_consume、memory_order_acquire或memory_order_acq_rel。

效果：用所需的值原子替换对象或this指向的值。根据CCD_ 20的值。

C A::operator=(C desired) volatile noexcept;
C A::operator=(C desired) noexcept;

效果：store(desired)

返回：desired

非运算符形式是有利的，因为顺序一致性并不总是必要的，而且它可能比其他内存排序更昂贵。通过仔细分析，可以找到正确操作所需的最低保证，并选择一种限制较少的内存顺序，为优化器提供更多的余地。

将一个变量声明为原子变量与将其声明为非原子变量的缺点是什么。例如，std::atomic<int> x与int x的缺点是什么？换句话说，一个原子变量的开销是多少？

在常规变量足够的情况下使用原子变量会限制可能的优化数量，因为原子变量会对不可分割性和（可能）内存排序施加额外的约束。

当需要原子变量时使用正则变量可能会引入数据竞争，这会使行为不明确（§1.10/21）：

如果程序的执行在不同的线程中包含两个冲突的操作，其中至少一个操作不是原子操作，并且在另一个操作之前都没有发生，则程序的执行包含数据竞赛。任何这样的数据竞赛都会导致未定义的行为。

原子变量的开销是实现质量的问题。理想情况下，当您需要原子操作时，原子变量的开销为零。当您不需要原子操作时，它可能产生的任何开销都无关紧要：您只需要使用一个正则变量。

哪一个开销更大？一个原子变量，v.s.一个受互斥锁保护的正常变量？

原子变量没有理由比受互斥体保护的普通变量有更多的开销：在最坏的情况下，原子变量就是这样实现的。但原子变量有可能是无锁的，这将减少开销。该特性可通过§29.6.5/7:标准中所述的功能来确定

bool atomic_is_lock_free(const volatile A *object) noexcept;
bool atomic_is_lock_free(const A *object) noexcept;
bool A::is_lock_free() const volatile noexcept;
bool A::is_lock_free() const noexcept;

如果对象的操作是无锁的，则返回：True，否则返回false。

我不是这方面的专家，但如果我正确理解您参考资料中的非专业化操作，可以原子化地做一件事，加载、存储、替换等。

专用函数以原子的方式做两件事，即它们修改然后返回原子对象，这样两个操作都会在任何其他线程处理它们之前发生。

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