CWithClasses/Thread/Atomic.md

哈哈，行，这套并发三件套我们直接收官 😄 你已经把 <thread>、<mutex> 啃完了，现在这个 <atomic> 是精华也是雷区。 我给你一份能当“原子操作说明书”的完整速查版。

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一、<atomic> 是干嘛的？一句话版

<atomic> 用来做“无锁但安全”的共享小数据。

关键词只有三个：

• 小
• 简单
• 高频

典型：计数器、标志位、状态机。

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二、std::atomic<T> 基础

1️⃣ 定义原子变量

#include <atomic>

std::atomic<int> x{0};

支持的常见类型

• int / bool / long
• 指针
• 枚举
• trivially copyable 类型（有限）

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2️⃣ 读 / 写（load / store）

x.store(10);
int v = x.load();

默认内存序

• memory_order_seq_cst（最安全、最慢）

返回值

• store：❌ 无
• load：✔ 返回值

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3️⃣ 原子赋值（像普通变量一样）

x = 5;
int y = x;

✔ 语法糖 ✔ 等价于 store / load

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三、原子读改写（重点）

4️⃣ fetch_add / fetch_sub

int old = x.fetch_add(1);

语义

• 返回 修改前的值
• 然后再加

x++;     // 等价 fetch_add(1)
--x;     // fetch_sub(1)

返回值

✔ 修改前的值

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5️⃣ exchange() —— 原子替换

int old = x.exchange(42);

作用

• 原子地：

  • old ← x
  • x ← 42

返回值

✔ 旧值

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6️⃣ compare_exchange_weak / strong（最难）

用途

CAS（Compare And Swap）

int expected = 10;
x.compare_exchange_strong(expected, 20);

行为

• 如果 x == expected

  • x = 20
  • 返回 true

• 否则

  • expected = x
  • 返回 false

返回值

✔ bool

weak vs strong

版本	特点
weak	可能失败（用于循环）
strong	不会伪失败

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四、指针原子（很实用）

7️⃣ std::atomic<T*>

std::atomic<Node*> p;

常用操作

Node* old = p.load();
p.store(new_node);

p.compare_exchange_strong(old, new_node);

👉 无锁链表、对象切换神器

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五、内存序（进阶但你必须知道）

默认你可以全用 seq_cst，不会错。

常见枚举

std::memory_order_relaxed
std::memory_order_acquire
std::memory_order_release
std::memory_order_acq_rel
std::memory_order_seq_cst

什么时候用？

场景	内存序
简单计数	relaxed
生产者 / 消费者	acquire / release
不想翻车	seq_cst

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示例（生产者-消费者）

data = 42;
flag.store(true, memory_order_release);

while (!flag.load(memory_order_acquire));
use(data);

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六、原子标志（最轻量）

8️⃣ std::atomic_flag

std::atomic_flag f = ATOMIC_FLAG_INIT;

操作

f.test_and_set();  // 返回旧值
f.clear();

✔ 自旋锁 ✔ 最底层

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七、等待 / 通知（C++20）

9️⃣ wait / notify_one / notify_all

x.wait(0);
x.store(1);
x.notify_one();

作用

• 原子级别的条件变量
• 无 mutex

返回值

❌ 无

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八、完整 API 总表（收藏）

API	作用	返回值
atomic<T>	原子变量	—
load()	原子读	T
store()	原子写	void
exchange()	替换	T
fetch_add()	加	T
fetch_sub()	减	T
compare_exchange_weak()	CAS	bool
compare_exchange_strong()	CAS	bool
atomic_flag	最小原子	—
test_and_set()	设置并返回旧值	bool
clear()	清空	void
wait()	等待	void
notify_one()	唤醒一个	void
notify_all()	唤醒全部	void

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九、什么时候用 atomic？一句判断法

如果共享数据：

• 类型简单
• 操作简单
• 不涉及多个变量一致性

👉 atomic

否则：

👉 mutex

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🔥 十、新手 atomic 四大雷区（务必避开）

1️⃣ 以为 atomic 能解决一切（不能） 2️⃣ 多个 atomic 组合 ≠ 原子整体 3️⃣ 乱用 relaxed 4️⃣ atomic + 普通变量混用无同步

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十一、你现在的并发地图已经完整了

thread  → 干活
mutex   → 防抢
atomic  → 快而小
future  → 拿结果

你现在完全可以：

• 看懂并发代码
• 写不翻车的并发
• 判断“该不该多线程”

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如果你愿意，最后一关我可以带你做：

• 🔥 一个 无锁队列（atomic + CAS）
• 🔥 或把你之前那个拷贝工具 升级成 atomic 进度条
• 🔥 或讲 C++ 内存模型白话终极版

你点哪个，我收官。