C++ 메모리 관리의 원자적 연산

원자적 작업은 다중 스레드 환경에서 공유 메모리를 관리하여 메모리에 대한 액세스가 서로 독립적인지 확인하는 데 중요합니다. C++ 표준 라이브러리는 std::atomic_int와 같은 원자 유형과 원자 작업을 수행하기 위한 load() 및 store()와 같은 멤버 함수를 제공합니다. 이러한 작업은 완전히 수행되거나 전혀 수행되지 않아 동시 액세스로 인한 데이터 손상을 방지합니다. 잠금 없는 대기열과 같은 실제 사례는 원자성 작업의 실제 적용을 보여줍니다. fetch_add()를 사용하여 대기열 작업의 원자성과 일관성을 보장하기 위해 대기열의 헤드 및 테일 포인터를 원자적으로 업데이트합니다.

C++ 메모리 관리의 원자적 연산

원자적 연산은 단일 원자적 연산 내에서 시스템 일정 사이에 실행되는 명령 시퀀스입니다. 이는 작업이 완전히 실행되거나 전혀 실행되지 않고 중간에 중단되지 않음을 의미합니다. 이는 공유 메모리에 대한 액세스가 서로 독립적이라는 것을 보장할 수 있으므로 다중 스레드 환경에서 메모리를 관리하는 데 중요합니다.

C++ 표준 라이브러리의 원자 유형

C++ 표준 라이브러리는 다음을 포함한 원자 유형 컬렉션을 제공합니다.

• std::atomic_int: 원자 정수
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: 원자 부울 값

std::atomic_size_t: 원자 size_t 유형

원자 연산

원자 변수에 대한 원자 연산을 수행하려면 std::atomic 클래스에서 제공하는 멤버 함수인

🎜🎜load()를 사용할 수 있습니다. : 원자 변수의 현재 값을 로드합니다. Value🎜store(): 원자 변수에 값을 저장합니다.🎜fetch_add(): 원자적으로 원자 변수에 값 추가🎜compare_exchange_strong(): 현재 값을 비교하고 일치하는 경우에만 교환🎜🎜실용 사례: 잠금 없음 queue🎜🎜🎜잠금 없는 대기열을 만들어 보겠습니다. 원자적 작업이 실제로 수행되는 모습을 보여주기 위해: 🎜rrreee🎜 이 대기열은 원자적 작업을 사용하여 대기열의 작업이 원자적이고 일관성이 있는지 확인합니다. push() 메서드는 fetch_add()를 사용하여 tail을 원자적으로 추가하고 새 요소를 저장합니다. pop() 메서드는 fetch_add()를 사용하여 head를 원자적으로 추가하고 요소를 검색합니다. 🎜🎜🎜결론🎜🎜🎜원자 연산은 다중 스레드 프로그래밍에 매우 유용하며, 공유 메모리에 대한 동시 액세스가 일관되고 예측 가능하도록 보장할 수 있습니다. C++ 표준 라이브러리는 원자 유형 및 관련 작업 모음을 제공하므로 잠금 없는 데이터 구조를 쉽게 구현할 수 있으므로 동시 코드의 성능과 안정성이 향상됩니다. 🎜

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