C++ メモリ管理におけるアトミック操作

アトミック操作は、マルチスレッド環境で共有メモリを管理する際に重要であり、メモリへのアクセスが互いに独立していることを保証します。 C 標準ライブラリは、アトミック操作を実行するための std::atomic_int などのアトミック型と、load() や store() などのメンバー関数を提供します。これらの操作は完全に実行されるか、まったく実行されず、同時アクセスによるデータ破損を防ぎます。ロックフリーキューなどの実際的なケースでは、fetch_add() を使用してキューの先頭ポインタと末尾ポインタをアトミックに更新し、キュー操作のアトミック性と一貫性を確保します。

C メモリ管理におけるアトミック操作

アトミック操作 は、単一のアトミック操作命令シーケンス内で実行されます。 、システムスケジュール間。これは、操作が完全に実行されるかまったく実行されず、途中で中断されないことを意味します。共有メモリへのアクセスが相互に独立していることを保証できるため、これはマルチスレッド環境でメモリを管理する場合に非常に重要です。

C 標準ライブラリのアトミック タイプ

C 標準ライブラリは、次のようなアトミック タイプのコレクションを提供します。

• std ::atomic_int: アトミック整数
• std::atomic_bool: アトミック ブール値
• std::atomic_size_t: アトミック size_t Type

アトミック操作

アトミック変数に対してアトミック操作を実行するには、std::atomic クラスが提供するメンバー関数:

• load(): アトミック変数の現在の値をロードします
• store(): 値をアトムに変数に格納します
• fetch_add(): アトミックに値をアトミック変数に追加します
• compare_exchange_strong() : 現在の値を比較し、一致する時間のみを交換します。

実践的なケース: ロックフリーのキュー

実際的なことを示すために、ロックフリーのキューを作成してみましょう。アトミック操作の適用:

#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;
    }
};

このキューはアトミック操作を使用して、キュー上の操作がアトミックで一貫していることを保証します。 push() メソッドは、fetch_add() を使用して、tail をアトミックに追加し、新しい要素を保存します。 pop() メソッドは、fetch_add() を使用して、head をアトミックに追加し、要素を取得します。

結論

アトミック操作はマルチスレッド プログラミングで非常に役立ち、共有メモリへの同時アクセスを一貫性と予測可能にすることができます。 C 標準ライブラリは、アトミック タイプと関連する操作のコレクションを提供するため、ロックフリーのデータ構造を簡単に実装できるため、同時実行コードのパフォーマンスと信頼性が向上します。

以上がC++ メモリ管理におけるアトミック操作の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。