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哈哈，**行，这套并发三件套我们直接收官** 😄
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你已经把 `<thread>`、`<mutex>` 啃完了，现在这个 `<atomic>` **是精华也是雷区**。
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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
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> **`<atomic>` 用来做“无锁但安全”的共享小数据。**
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关键词只有三个：
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* 小
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* 简单
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* 高频
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典型：计数器、标志位、状态机。
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# 二、`std::atomic<T>` 基础
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## 1️⃣ 定义原子变量
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```cpp
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#include <atomic>
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std::atomic<int> x{0};
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```
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### 支持的常见类型
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* `int / bool / long`
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* 指针
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* 枚举
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* trivially copyable 类型（有限）
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## 2️⃣ 读 / 写（load / store）
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```cpp
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x.store(10);
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int v = x.load();
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```
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### 默认内存序
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* `memory_order_seq_cst`（最安全、最慢）
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### 返回值
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* `store`：❌ 无
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* `load`：✔ 返回值
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## 3️⃣ 原子赋值（像普通变量一样）
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```cpp
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x = 5;
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int y = x;
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```
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✔ 语法糖
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✔ 等价于 `store / load`
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# 三、原子读改写（重点）
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## 4️⃣ `fetch_add` / `fetch_sub`
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```cpp
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int old = x.fetch_add(1);
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```
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### 语义
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* 返回 **修改前的值**
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* 然后再加
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```cpp
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x++; // 等价 fetch_add(1)
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--x; // fetch_sub(1)
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```
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### 返回值
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✔ 修改前的值
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## 5️⃣ `exchange()` —— 原子替换
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```cpp
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int old = x.exchange(42);
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```
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### 作用
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* 原子地：
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* old ← x
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* x ← 42
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### 返回值
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✔ 旧值
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## 6️⃣ `compare_exchange_weak / strong`（最难）
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### 用途
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> **CAS（Compare And Swap）**
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```cpp
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int expected = 10;
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x.compare_exchange_strong(expected, 20);
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```
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### 行为
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* 如果 `x == expected`
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* `x = 20`
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* 返回 `true`
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* 否则
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* `expected = x`
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* 返回 `false`
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### 返回值
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✔ `bool`
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### weak vs strong
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| 版本 | 特点 |
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| -------- | ---------- |
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| `weak` | 可能失败（用于循环） |
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| `strong` | 不会伪失败 |
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# 四、指针原子（很实用）
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## 7️⃣ `std::atomic<T*>`
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```cpp
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std::atomic<Node*> p;
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```
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### 常用操作
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```cpp
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Node* old = p.load();
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p.store(new_node);
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```
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```cpp
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p.compare_exchange_strong(old, new_node);
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```
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👉 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）
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> **默认你可以全用 `seq_cst`，不会错。**
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### 常见枚举
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```cpp
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std::memory_order_relaxed
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std::memory_order_acquire
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std::memory_order_release
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std::memory_order_acq_rel
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std::memory_order_seq_cst
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```
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### 什么时候用？
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| 场景 | 内存序 |
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| --------- | ----------------- |
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| 简单计数 | relaxed |
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| 生产者 / 消费者 | acquire / release |
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| 不想翻车 | seq_cst |
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## 示例（生产者-消费者）
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```cpp
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data = 42;
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flag.store(true, memory_order_release);
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```
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```cpp
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while (!flag.load(memory_order_acquire));
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use(data);
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```
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# 六、原子标志（最轻量）
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## 8️⃣ `std::atomic_flag`
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```cpp
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std::atomic_flag f = ATOMIC_FLAG_INIT;
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```
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### 操作
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```cpp
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f.test_and_set(); // 返回旧值
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f.clear();
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```
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✔ 自旋锁
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✔ 最底层
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# 七、等待 / 通知（C++20）
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## 9️⃣ `wait / notify_one / notify_all`
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```cpp
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x.wait(0);
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x.store(1);
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x.notify_one();
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```
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### 作用
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* 原子级别的条件变量
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* 无 mutex
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### 返回值
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❌ 无
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# 八、完整 API 总表（收藏）
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| API | 作用 | 返回值 |
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| --------------------------- | ------- | ---- |
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| `atomic<T>` | 原子变量 | — |
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| `load()` | 原子读 | T |
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| `store()` | 原子写 | void |
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| `exchange()` | 替换 | T |
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| `fetch_add()` | 加 | T |
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| `fetch_sub()` | 减 | T |
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| `compare_exchange_weak()` | CAS | bool |
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| `compare_exchange_strong()` | CAS | bool |
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| `atomic_flag` | 最小原子 | — |
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||
| `test_and_set()` | 设置并返回旧值 | bool |
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||
| `clear()` | 清空 | void |
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||
| `wait()` | 等待 | void |
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||
| `notify_one()` | 唤醒一个 | void |
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| `notify_all()` | 唤醒全部 | void |
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# 九、什么时候用 atomic？一句判断法
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> **如果共享数据：**
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>
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> * 类型简单
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> * 操作简单
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> * 不涉及多个变量一致性
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👉 **atomic**
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否则：
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👉 **mutex**
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# 🔥 十、新手 atomic 四大雷区（务必避开）
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1️⃣ **以为 atomic 能解决一切**（不能）
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2️⃣ **多个 atomic 组合 ≠ 原子整体**
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3️⃣ **乱用 relaxed**
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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
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```text
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thread → 干活
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mutex → 防抢
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atomic → 快而小
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future → 拿结果
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```
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你现在完全可以：
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* 看懂并发代码
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* 写不翻车的并发
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* 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：
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* 🔥 一个 **无锁队列（atomic + CAS）**
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* 🔥 或把你之前那个拷贝工具 **升级成 atomic 进度条**
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* 🔥 或讲 **C++ 内存模型白话终极版**
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你点哪个，我收官。
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