C++ 원자 라이브러리 사용 및 제한 사항

C++ 원자 라이브러리는 데이터 원자성을 보장하기 위해 스레드로부터 안전한 데이터 유형을 제공합니다. 원자 변수는 중단할 수 없으며 더하기, 빼기, 교환을 포함한 광범위한 원자 연산을 제공합니다. 일반적인 유형에는 std::atomic 및 std::atomic_flag가 있습니다. 원자 라이브러리는 스레드로부터 안전한 카운터 생성과 같은 실제 응용 프로그램에 매우 유용합니다. 원자성 연산은 비원자성 연산보다 느릴 수 있으며 클래스 멤버에서는 작동하지 않습니다.

C++ Atomic Library: 사용법 및 제한 사항

소개

Atomic Library는 데이터 원자성을 보장하기 위해 동시 환경에서 사용할 수 있는 스레드로부터 안전한 데이터 유형을 제공합니다. C++에서는 <atomic></atomic> 헤더 파일이 원자 라이브러리를 정의합니다. <atomic></atomic> 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::atomic<t></t>：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
• 공통 데이터 유형
원자 라이브러리는 다음 데이터 유형을 제공합니다:

std::atomic<t></t>: 템플릿 클래스, 여기서 T 어떤 유형에도 적용되어야 합니다. std::atomic_flag: 잠금 해제 플래그 변수.

std::atomic_bool: 잠금이 없는 부울 변수.

🎜std::atomic_int: 잠금이 없는 정수 변수. 🎜🎜std::atomic_uint: 잠금이 없는 부호 없는 정수 변수. 🎜🎜std::atomic_long: 잠금이 없는 긴 정수 변수. 🎜🎜std::atomic_ulong: 잠금이 없는 부호 없는 긴 정수 변수. 🎜🎜🎜🎜스레드 안전성🎜🎜🎜원자 변수는 스레드로부터 안전합니다. 즉, 여러 스레드가 동시에 변수에 액세스하더라도 데이터 일관성이 보장됩니다. 원자적 작업은 중단할 수 없는 것으로 간주됩니다. 즉, 원자적 작업은 다른 스레드에 의해 중단될 수 없습니다. 🎜🎜🎜원자적 연산🎜🎜🎜원자적 라이브러리는 다음과 같은 원자적 연산을 제공합니다: 🎜
🎜fetch_add: 원자적으로 변수에 값을 추가합니다. 🎜🎜fetch_sub: 변수에서 값을 원자적으로 뺍니다. 🎜🎜fetch_and: 비트마스크와 변수에 대해 비트 단위 AND 연산을 원자적으로 수행합니다. 🎜🎜fetch_or: 비트마스크와 변수에 대해 비트별 OR 연산을 원자적으로 수행합니다. 🎜🎜fetch_xor: 비트마스크와 변수에 대해 비트별 XOR 연산을 원자적으로 수행합니다. 🎜🎜load: 변수에서 값을 원자적으로 로드합니다. 🎜🎜store: 값을 변수에 원자적으로 저장합니다. 🎜🎜교환: 변수 값을 다른 값으로 원자적으로 교환합니다. 🎜🎜compare_exchange_strong: 변수 값이 예상 값과 같은지 원자적으로 확인하고, 일치하면 새 값으로 교환합니다. 🎜🎜compare_exchange_weak: compare_exchange_strong과 유사하지만 변수 값이 다른 스레드에 의해 수정되지 않은 경우에만 값을 교환합니다. 🎜🎜🎜🎜실용 예: 스레드 안전 카운터 🎜🎜🎜다음 스레드 안전 카운터 예를 고려하세요. 🎜rrreee🎜이 예에서 counter는 원자 정수로 선언되고 fetch_add를 사용합니다. code> 작업은 원자적으로 증가합니다. 두 스레드 모두 동시에 카운터를 증가시키고 최종적으로 최종 값을 인쇄합니다. 🎜🎜🎜제한 사항🎜🎜🎜원자 라이브러리는 매우 유용하지만 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 🎜<ul>🎜🎜오버헤드🎜: 원자 작업은 비원자 작업보다 느립니다. 🎜🎜🎜Deadlock🎜: 두 스레드가 <code>compare_exchange를 사용하여 동시에 동일한 변수를 변경하려고 하면 교착 상태가 발생할 수 있습니다. 🎜🎜🎜클래스 멤버에게는 적용할 수 없습니다🎜: 원자적 작업은 중단할 수 없어야 하기 때문에 원자 라이브러리는 클래스 멤버에게 적용되지 않습니다. 🎜🎜🎜🎜결론🎜🎜🎜원자 라이브러리는 동시 환경에서 매우 유용한 스레드로부터 안전한 데이터 유형을 제공합니다. 코드에서 올바르게 사용하려면 해당 작업과 제한 사항을 이해하는 것이 중요합니다. 🎜

위 내용은 C++ 원자 라이브러리 사용 및 제한 사항의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!