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C++11原子操作詳解

更新時(shí)間：2021年11月19日 09:56:21 作者：ufgnix0802

這篇文章主要為大家介紹了C++的原子操作，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下，希望能夠給你帶來(lái)幫助

C++11原子操作

原子操作的概念

所謂原子操作，其意義就是“原子是最小的，不可分割的最小個(gè)體”。**表示當(dāng)多個(gè)線程訪問(wèn)同一個(gè)全局資源的時(shí)候，能夠確保所有其它的線程都不在同一時(shí)間訪問(wèn)相同的資源。**也就是它確保在同一時(shí)刻只有唯一的線程對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行訪問(wèn)。類似于共享資源的訪問(wèn)保護(hù)。但是原子操作更加接近底層，即效率更高。

在以往C++中沒(méi)有原子操作的規(guī)定，更多使用的都是匯編語(yǔ)言或者借助第三方庫(kù)，如Intel的pthread來(lái)實(shí)現(xiàn)。但在C++11中的特性引入原子操作的相關(guān)概念，并通過(guò)新的頭文件提供了多種原子操作數(shù)據(jù)類型。如atomic_bool，atomic_int等。如果需要多個(gè)線程對(duì)這些類型的共享資源進(jìn)行操作，編譯器將保證這些操作都是具有原子性的。通俗地說(shuō)，就是確保在任意時(shí)刻只有一個(gè)線程對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行訪問(wèn)，編譯器將保證多個(gè)線程訪問(wèn)這個(gè)資源的正確性，從而避免鎖的使用，提高效率。

示例

#include <iostream>
#include <thread>//C++11線程庫(kù)且跨平臺(tái)
#include <windows.h>//Sleep函數(shù)需要使用的庫(kù)文件
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
int g_total = 0;
void click()
{
	for (int i = 0; i < 1000000; i++)
	{
		g_total++;
	}
}

int main()
{
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		std::thread t(click);
		t.detach();
	}
	Sleep(1000);
	cout << "result:" << g_total << endl;
	return 0;
}

我們很正常的認(rèn)為這樣做是可以提高CPU的利用效率的，但是實(shí)際上執(zhí)行結(jié)果并不正確。

效果圖

緊接著，我們肯定想到使用互斥鎖對(duì)共享資源進(jìn)行保護(hù)。

#include <iostream>
#include <thread>//C++11線程庫(kù)是跨平臺(tái)的
#include <mutex>//C++11互斥鎖
#include <windows.h>//Sleep函數(shù)需要使用的庫(kù)文件
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;

int g_total = 0;
std::mutex g_mutex;
void click()
{
	for (int i = 0; i < 1000000; i++)
	{
		g_mutex.lock();//訪問(wèn)之前鎖定互斥對(duì)象
		g_total++;
		g_mutex.unlock();//訪問(wèn)之后釋放互斥對(duì)象
	}
}

int main()
{
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		std::thread t(click);
		t.detach();
	}
	Sleep(1000);
	cout << "result:" << g_total << endl;
	return 0;
}

初始對(duì)象的使用，保證同一時(shí)刻只有唯一一個(gè)線程對(duì)這個(gè)共享對(duì)象進(jìn)行訪問(wèn)。

效果圖

在C++11之前，互斥鎖的概念已經(jīng)足夠了，但是在C++11提出之后，進(jìn)一步利用CPU性能。在C++11中實(shí)現(xiàn)了原子操作的數(shù)據(jù)類型（如atomic_bool，atomic_int等）。使用原子操作的數(shù)據(jù)類型線程對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)的時(shí)候無(wú)需借助mutex等鎖機(jī)制，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)共享資源的正確訪問(wèn)。

#include <iostream>
#include <thread>//C++11線程庫(kù)是跨平臺(tái)的
#include <atomic>//C++11原子操作庫(kù)
#include <windows.h>//Sleep函數(shù)需要使用的庫(kù)文件
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
std::atomic_int g_total = 0;//使用原子操作的數(shù)據(jù)類型
void click()
{
	for (int i = 0; i < 1000000; i++)
	{
		//mutex.lock();
		g_total++;
		//mutex.unlock();
	}
}

int main()
{
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		std::thread t(click);
		t.detach();
	}
	Sleep(1000);
	cout << "result:" << g_total << endl;
	return 0;
}

效果圖