Opérations atomiques dans la gestion de la mémoire C++

Les opérations atomiques sont cruciales pour gérer la mémoire partagée dans un environnement multithread, garantissant que les accès à la mémoire sont indépendants les uns des autres. La bibliothèque standard C++ fournit des types atomiques, tels que std::atomic_int, et des fonctions membres telles que load() et store() pour effectuer des opérations atomiques. Ces opérations sont effectuées entièrement ou pas du tout, empêchant ainsi la corruption des données causée par un accès simultané. Des cas pratiques tels que les files d'attente sans verrouillage démontrent l'application pratique des opérations atomiques. Utilisez fetch_add() pour mettre à jour atomiquement les pointeurs de tête et de queue de la file d'attente afin de garantir l'atomicité et la cohérence des opérations de file d'attente.

Opérations atomiques dans la gestion de la mémoire C++

Les opérations atomiques sont des séquences d'instructions exécutées au sein d'une seule opération atomique, entre les planifications du système. Cela signifie que l'opération sera exécutée entièrement ou pas du tout, et qu'elle ne sera pas interrompue à mi-chemin. Ceci est crucial pour gérer la mémoire dans un environnement multithread, car nous pouvons garantir que les accès à la mémoire partagée sont indépendants les uns des autres.

Types atomiques dans la bibliothèque standard C++

La bibliothèque standard C++ fournit une collection de types atomiques, notamment :

• std::atomic_int : entier atomique
std::atomic_int：原子整数
• std::atomic_bool：原子布尔值
• std::atomic_size_t：原子 size_t 类型

原子操作

为了对原子变量执行原子操作，可以使用 std::atomic 类提供的成员函数：

• load()：加载原子变量的当前值
• store()：将值存储到原子变量中
• fetch_add()：原子地将值添加到原子变量中
• compare_exchange_strong()：比较当前值并仅在匹配时交换

实战案例：无锁队列

让我们创建一个无锁队列来演示原子操作的实际应用：

#include <deque>
#include <atomic>

template<typename T>
class ConcurrentQueue {

  private:
    std::deque<T> data;
    std::atomic<size_t> head;
    std::atomic<size_t> tail;

  public:
    ConcurrentQueue() {
        head.store(0);
        tail.store(0);
    }

    void push(T item) {
        data[tail.fetch_add(1)] = item;
    }

    T pop() {
        if (head == tail) {
            return T{};
        }

        return data[head.fetch_add(1)];
    }

    size_t size() {
        return tail - head;
    }
};

这个队列使用原子操作来确保对队列的操作是原子和一致的。push() 方法使用 fetch_add() 来原子地增加 tail 并存储新元素。pop() 方法使用 fetch_add() 来原子地增加 head std::atomic_bool : valeur booléenne atomique

std::atomic_size_t : type atomique size_t

Opération atomique

Afin d'effectuer des opérations atomiques sur des variables atomiques, vous pouvez utiliser les fonctions membres fournies par la classe std::atomic :

🎜🎜load() : Charge la valeur actuelle de la variable atomique Valeur🎜store() : Stocke une valeur dans une variable atomique🎜fetch_add() : Atomiquement ajouter une valeur à une variable atomique🎜compare_exchange_strong() : Comparez les valeurs actuelles et échangez uniquement si elles correspondent🎜🎜Cas pratique : sans verrouillage queue🎜🎜🎜Créons une file d'attente sans verrouillage Pour démontrer les opérations atomiques en action : 🎜rrreee🎜 Cette file d'attente utilise des opérations atomiques pour garantir que les opérations sur la file d'attente sont atomiques et cohérentes. La méthode push() utilise fetch_add() pour ajouter atomiquement tail et stocker le nouvel élément. La méthode pop() utilise fetch_add() pour ajouter atomiquement un head et récupérer des éléments. 🎜🎜🎜Conclusion🎜🎜🎜Les opérations atomiques sont très utiles dans la programmation multithread, elles peuvent garantir que l'accès simultané à la mémoire partagée est cohérent et prévisible. La bibliothèque standard C++ fournit une collection de types atomiques et d'opérations associées, nous permettant d'implémenter facilement des structures de données sans verrouillage, améliorant ainsi les performances et la fiabilité du code concurrent. 🎜

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