Utilisation et limites de la bibliothèque atomique C++

La bibliothèque atomique C++ fournit des types de données thread-safe pour garantir l'atomicité des données. Les variables atomiques sont ininterruptibles et fournissent un large éventail d'opérations atomiques, notamment l'addition, la soustraction et l'échange. Les types courants incluent std::atomic8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c La bibliothèque atomique est très utile dans des applications pratiques, telles que la création de compteurs thread-safe. Notez que les opérations atomiques peuvent être plus lentes que les opérations non atomiques et ne fonctionnent pas sur les membres de la classe.

Bibliothèque atomique C++ : utilisation et limitations

Introduction

La bibliothèque atomique fournit des types de données thread-safe qui peuvent être utilisés dans des environnements simultanés pour garantir l'atomicité des données. En C++, le fichier d'en-tête 15a199175b5d79b4bf26b73c4a2287fc définit la bibliothèque atomique. 15a199175b5d79b4bf26b73c4a2287fc 头文件定义了原子库。

常见数据类型

原子库提供了以下数据类型：

• std::atomic8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c：模板类，其中 T 应为任意类型。
• std::atomic_flag：无锁标志型变量。
• std::atomic_bool：无锁布尔型变量。
• std::atomic_int：无锁整数型变量。
• std::atomic_uint：无锁无符号整数型变量。
• std::atomic_long：无锁长整型变量。
• std::atomic_ulong：无锁无符号长整型变量。

线程安全性

原子变量是线程安全的，这意味着即使多个线程同时访问变量，也可以保证数据的一致性。原子操作被认为是不可中断的，这意味着一次原子操作不会被其他线程打断。

原子操作

原子库提供了以下原子操作：

• fetch_add：原子地将一个值加到变量中。
• fetch_sub：原子地从变量中减去一个值。
• fetch_and：原子地将一个位掩码与变量执行按位与操作。
• fetch_or：原子地将一个位掩码与变量执行按位或操作。
• fetch_xor：原子地将一个位掩码与变量执行按位异或操作。
• load：原子地从变量中加载值。
• store：原子地将值存储到变量中。
• exchange：原子地将变量的值与另一个值交换。
• compare_exchange_strong：原子地检查变量的值是否等于预期值，如果是，则将其与新值交换。
• compare_exchange_weak：类似于 compare_exchange_strong，但仅当变量的值未被另一个线程修改时才交换值。

实战案例：线程安全计数器

考虑以下线程安全计数器示例：

#include <atomic>
#include <thread>

std::atomic<int> counter;

void increment_counter() {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        counter++;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(increment_counter);
    std::thread t2(increment_counter);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Final counter value: " << counter << std::endl;
    return 0;
}

在该示例中，counter 被声明为原子整数，并使用 fetch_add 操作原子地递增。两个线程并发递增计数器，最后打印最终值。

限制

虽然原子库非常有用，但它们有一些限制：

• 开销：原子操作比非原子操作速度慢。
• 死锁：如果两个线程都尝试使用 compare_exchange
• Types de données courants
La bibliothèque atomique fournit les types de données suivants :

std::atomic8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c : classe de modèle, où T devrait pour tout type. std::atomic_flag : variable de drapeau sans verrouillage.

std::atomic_bool : variable booléenne sans verrouillage.

🎜std::atomic_int : variable entière sans verrouillage. 🎜🎜std::atomic_uint : variable entière non signée sans verrouillage. 🎜🎜std::atomic_long : variable entière longue sans verrouillage. 🎜🎜std::atomic_ulong : variable entière longue non signée sans verrouillage. 🎜🎜🎜🎜Thread Safety🎜🎜🎜Les variables atomiques sont thread-safe, ce qui signifie que la cohérence des données est garantie même si plusieurs threads accèdent à la variable en même temps. Les opérations atomiques sont considérées comme ininterruptibles, ce qui signifie qu'une opération atomique ne peut pas être interrompue par d'autres threads. 🎜🎜🎜Opérations atomiques🎜🎜🎜La bibliothèque atomique fournit les opérations atomiques suivantes : 🎜
🎜fetch_add : ajoute atomiquement une valeur à une variable. 🎜🎜fetch_sub : soustraire atomiquement une valeur d'une variable. 🎜🎜fetch_and : effectuez atomiquement une opération ET au niveau du bit sur un masque de bits et une variable. 🎜🎜fetch_or : effectuez atomiquement une opération OU au niveau du bit sur un masque de bits et une variable. 🎜🎜fetch_xor : effectuez atomiquement une opération XOR au niveau du bit sur un masque de bits et une variable. 🎜🎜load : Charge atomiquement une valeur à partir d'une variable. 🎜🎜store : stockez atomiquement les valeurs dans des variables. 🎜🎜exchange : échange atomiquement la valeur d'une variable avec une autre valeur. 🎜🎜compare_exchange_strong : vérifie atomiquement si la valeur d'une variable est égale à la valeur attendue, et si c'est le cas, l'échange avec la nouvelle valeur. 🎜🎜compare_exchange_weak : similaire à compare_exchange_strong, mais n'échange de valeurs que si la valeur de la variable n'a pas été modifiée par un autre thread. 🎜🎜🎜🎜Exemple pratique : compteurs thread-safe 🎜🎜🎜Considérons l'exemple de compteur thread-safe suivant : 🎜rrreee🎜Dans cet exemple, counter est déclaré comme un entier atomique et utilise fetch_add L'opération s'incrémente de manière atomique. Les deux threads incrémentent le compteur simultanément et impriment enfin la valeur finale. 🎜🎜🎜Limitations🎜🎜🎜Bien que les bibliothèques atomiques soient très utiles, elles ont certaines limites : 🎜
🎜🎜Overhead🎜 : les opérations atomiques sont plus lentes que les opérations non atomiques. 🎜🎜🎜Deadlock🎜 : Si deux threads tentent de modifier la même variable en même temps en utilisant compare_exchange, un blocage peut en résulter. 🎜🎜🎜Ne s'applique pas aux membres de la classe🎜 : Les bibliothèques atomiques ne s'appliquent pas aux membres de la classe car les opérations atomiques doivent être ininterrompues. 🎜🎜🎜🎜Conclusion🎜🎜🎜La bibliothèque atomique fournit des types de données thread-safe, qui sont très utiles dans les environnements concurrents. Il est important de comprendre leurs opérations et leurs limites pour vous assurer de les utiliser correctement dans votre code. 🎜

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