C++11 在 0 时uint64_t个循环的原子递减

c++11 atomic decrement of uint64_t cycles at 0

本文关键字：循环 uint64 C++11      更新时间：2023-10-16

我正在尝试编写一个简单的并行处理系统，该系统应该生成N个对象以放入多线程环境中的容器中。

为了告诉线程何时停止生成对象，我创建了一个简单的反向计数器，该计数器从 N 开始，从 0 开始，每个线程并行递减。计数器应该是uint64_t，我想尝试C++11的原子支持。代码如下所示

//Class member
std::atomic<uint_fast64_t> counter
//Parallel function
while(counter-- > 0)
{
do something
}
它

正确编译并执行，但它进入无限循环，因为一旦计数器达到 0，它就会进一步递减，但它会跳回到可用的最高整数，从而永远不会停止。

将类型更改为 int64 而不是 uint64 可以解决问题，但我想了解为什么我需要这种解决方法。

我目前的工作假设是，即使条件为假，递减也会完成，所以当第一个线程检查计数器为 0 时，它无论如何都会递减它，并且运算减法运算并不真正关心整数的编码，但执行简单的按位运算（我完全忘记了是哪一个，但我记得加法和减法是通过简单的按位异或和移位完成的），其中下一次迭代被解释为最大 uint 值。你觉得这个解释合理吗？

除了从 uint 切换到 int 之外，一个选项是将操作从递减切换到递增，但你能想到一种不同的算法来保持这种上下文中的递减吗？

编辑1

我想到的另一个可能的解决方案，即使不是特别优雅，是知道实际并行启动了多少线程，在起始值为 Tot+NThreads 的 N_Threads 处停止计数器

//In calling function
counter = Tot+NThreads
//Parallel function
while(counter-- > NThreads)
{
do something
}

原子性仅保证所有线程都看到一致的atomic值值。通常，像--这样的操作是读取-修改-写入操作。atomic仅保证没有其他线程修改计数器，而另一个线程正忙于修改计数器。

澄清一下：atomic防止数据竞争，没有别的。

假设两个线程，T1 和 T2 以及下面的 R、M、W 序列：现在线程 T2 的结果已被 T1 的结果覆盖，即计数器的值不一致。

T1：读取 T2：读取 T2：修改

T1：修改 T2：写入 T1：写入

因此，在您的问题中，代码执行counter--这意味着无论其值如何，--都将始终完成。因此，如果该值已经为零，则现在将为 -1，或者在使用unsigned数据类型时，为 unsigned 类型的最大值。

你的假设

这或多或少是正确的。 (unsigned) 0 - 1将是最大的无符号整数。你的原子递减总是会发生的，即使条件是假的。

我们如何解决这个问题？

我相信您实际上正在寻找这样的东西：

std::atomic<uint_fast64_t> counter;
while (true) {
    uint_fast64_t cur = counter;
    if (cur == 0)
        break;
    if (counter.compare_exchange_strong(cur, cur - 1) == false)
        continue;
    ... // Perform work
}

首先，我们测试计数器的当前值是否为 0。如果是这样，我们就完成了工作，我们应该退出。

如果它大于 0，那么我们需要递减计数器。这是一个比较和交换操作。因此，如果值在到达第二个原子操作所需的时间内没有变化，我们执行递减，然后做一些工作。如果我们被抢占了，那么我们只会再试一次。

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