std::atomic

每个 std::atomic 模板的实例化和全特化均定义一个原子类型。如果一个线程写入原子对象，同时另一线程从它读取，那么行为有良好定义（数据竞争的细节见内存模型）。

另外，对原子对象的访问可以建立线程间同步，并按 std::memory_order 对非原子内存访问定序。

std::atomic 既不可复制也不可移动。

特化

主模板

主 std::atomic 模板可用任何满足可复制构造 (CopyConstructible) 及可复制赋值 (CopyAssignable) 的可平凡复制 (TriviallyCopyable) 类型 T 实例化。如果下列任何值是 false，那么程序非良构：

• std::is_trivially_copyable<T>::value
• std::is_copy_constructible<T>::value
• std::is_move_constructible<T>::value
• std::is_copy_assignable<T>::value
• std::is_move_assignable<T>::value

struct Counters { int a; int b; }; // 用户定义的可平凡复制类型
std::atomic<Counters> cnt;         // 为用户定义的类型而特化

std::atomic<bool> 使用的是主模板。它保证是标准布局结构体，并且具有平凡析构函数。

部分特化

标准库为下列类型提供 std::atomic 模板的特化，它们拥有主模板所不拥有的额外属性：

对整数类型的特化

以下列整数类型之一实例化时，std::atomic 提供适合于整数类型的额外原子操作，例如 fetch_add、fetch_sub、fetch_and、fetch_or、fetch_xor：

• 字符类型 char、char8_t (C++20 起)、char16_t、char32_t 和 wchar_t；
• 标准有符号整数类型：signed char、short、int、long 和 long long；
• 标准无符号整数类型：unsigned char、unsigned short、unsigned int、unsigned long 和 unsigned long long；
• 标头 <cstdint> 中的各 typedef 所需的任何额外整数类型。

另外，结果的 std::atomic<整数> 特化拥有标准布局、平凡默认构造函数 (C++20 前)和平凡析构函数。定义有符号整数算术为使用补码；无未定义的结果。

成员类型

std::atomic 主模板中，或对 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 的部分特化中，未定义 difference_type。

成员函数

特化成员函数

类型别名

为 bool 和所有上面列出的整数类型提供如下类型别名：

注意：std::atomic_intN_t、std::atomic_uintN_t、std::atomic_intptr_t 和 atomic_uintptr_t 分别在当且仅当定义了 std::intN_t、std::uintN_t、std::intptr_t 和 std::uintptr_t 时才会有定义。

注解

存在等价于 std::atomic 所有成员函数的非成员函数模板。这些非成员函数可以额外对非 std::atomic 特化的类型重载，但不能保证原子性。标准库中仅有的这种类型是 std::shared_ptr<U>。

C 中 _Atomic 是关键词并用于提供原子类型。

推荐实现确保对于每个可能的类型 T，C 中 _Atomic(T) 的表示与 C++ 中 std::atomic<T> 的相同。用于确保原子性与内存定序的机制应该兼容。

gcc 和 clang 上，此处描述的某些功能要求通过 -latomic 链接。

示例

#include <atomic>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
 
std::atomic_int acnt;
int cnt;
 
void f()
{
    for (int n = 0; n < 10000; ++n)
    {
        ++acnt;
        ++cnt;
        // 注意: 对于此示例，宽松内存定序已经足够，
        // 例如 acnt.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
    }
}
 
int main()
{
    {
        std::vector<std::jthread> pool;
        for (int n = 0; n < 10; ++n)
            pool.emplace_back(f);
    }
 
    std::cout << "原子计数器为 " << acnt << '\n'
              << "非原子计数器为 " << cnt << '\n';
}

原子计数器为 100000
非原子计数器为 69696

缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

参阅