std::atomic 提供原子操作避免数据竞争，支持基础类型变量的线程安全访问。通过 store、load、exchange 和 compare_exchange_weak 等方法实现安全读写，常用于计数器和无锁编程；配合 memory_order 可精细控制内存同步行为，提升性能。
在多线程编程中，数据竞争是常见问题。C++ 提供了 std::atomic 来保证对变量的操作是原子的，避免竞态条件。它位于 red”><atomic> 头文件中，适用于布尔值、整数、指针等基础类型。
1. 基本用法：声明和初始化原子变量
使用 std::atomic<T> 模板定义原子变量，T 通常是 int、bool、指针等可支持原子操作的类型。
示例：
#include <atomic> #include <iostream> std::atomic<int> counter(0); // 初始化为 0 std::atomic<bool> ready(false);
也可以在运行时赋值：
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counter = 10; ready.store(true); // 显式写入
2. 常用原子操作方法
std::atomic 提供了多个成员函数来安全地读写数据。
- store(value)：原子地写入值
- load()：原子地读取值
- exchange(value)：设置新值，并返回旧值
- compare_exchange_weak(expected, desired)：比较并交换（CAS），常用于无锁编程
- fetch_add(), fetch_sub()：原子加减，返回旧值
- ++, —：支持自增自减操作符
示例代码：
#include <atomic> #include <thread> #include <vector> std::atomic<int> count(0); void increment() { for (int i = 0; i < 1000; ++i) { count.fetch_add(1); // 原子增加 // 或者直接使用 ++count; } } int main() { std::vector<std::thread> threads; for (int i = 0; i < 10; ++i) { threads.emplace_back(increment); } for (auto& t : threads) { t.join(); } std::cout << "Final count: " << count.load() << "n"; return 0; }
3. compare_exchange_weak 使用示例
这是实现无锁算法的核心操作。它检查当前值是否等于 expected，如果是，则设为 desired；否则将当前值写回 expected。
std::atomic<int> val(0); int expected = 0; if (val.compare_exchange_weak(expected, 100)) { std::cout << "Change successful: " << val.load() << "n"; } else { std::cout << "Change failed, current value is " << expected << "n"; }
常用于循环中重试：
int expected = val.load(); do { // 修改 expected 的值 } while (!val.compare_exchange_weak(expected, new_value));
4. 内存顺序（Memory Order）
每个原子操作可以指定内存顺序，控制操作的同步和排序行为。常用选项包括：
- memory_order_relaxed：最弱约束，仅保证原子性
- memory_order_acquire：读操作，确保后续读写不被重排到它前面
- memory_order_release：写操作，确保前面的读写不被重排到它后面
- memory_order_acq_rel：acquire + release
- memory_order_seq_cst：默认，最强一致性，所有线程看到相同顺序
示例：
counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed); ready.store(true, std::memory_order_release); bool status = ready.load(std::memory_order_acquire);
基本上就这些。std::atomic 是编写高效、线程安全代码的重要工具，尤其适合计数器、状态标志、无锁结构等场景。正确使用能避免锁开销，但需注意内存顺序的合理选择。