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1.前言
本篇目的：理解C++之std::atomic模板类函数load、store、exchange、increment、decrement、fetch_add、fetch_sub、fetch_and、fetch_or、fetch_xor用法。
std::atomic模板类作用
C++的std::atomic是一个模板类，用于实现原子操作。它提供了一种线程安全的方式来对共享数据进行操作，以避免竞态条件。
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实现原子操作：std::atomic提供了一系列的成员函数，可用于对变量进行原子操作，包括读取、写入和修改。这些操作能够确保在多线程环境下，对共享数据的操作不会发生冲突或产生竞态条件。
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线程同步：std::atomic提供了一种同步机制，用于保证多线程环境下的数据一致性。通过使用std::atomic的成员函数，可以实现不同线程间的同步操作，确保每个线程对共享数据的访问是有序的。
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原子性操作：std::atomic操作是原子的，即不可中断的。当多个线程同时对同一个std::atomic对象进行操作时，操作会以原子的方式执行，不会出现数据不一致或异常的情况。
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替代锁机制：在某些情况下，std::atomic可以替代传统的互斥锁机制。使用std::atomic进行原子操作，可以避免锁的开销和线程等待的问题，从而提高程序的性能。
std::atomic的作用是提供一种线程安全的方式来操作共享数据，保证数据的一致性和原子性，避免多线程环境下的竞态条件和冲突。它是C++多线程编程中常用的工具之一。
2.std::atomic模板类函数load、store、exchange、increment、decrement、fetch_add、fetch_sub、fetch_and、fetch_or、fetch_xor介绍
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std::atomic模板类的成员函数（load、store、exchange、increment、decrement、fetch_add、fetch_sub、fetch_and、fetch_or、fetch_xor）的实现原理是通过使用硬件级别的支持或者特殊的指令集来实现的。 -
在现代的计算机架构中，通常会提供原子操作的指令，例如比较交换指令（Compare-and-Swap）或交换指令（Exchange），这些指令可以保证对共享变量的操作是原子的，不会被其他线程的操作中断或交叉。
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std::atomic模板类的成员函数会使用这些硬件级别的原子指令来实现原子操作。具体的实现方式可能因不同的编译器、平台和架构而有所差异，但其基本原理是一致的。 -
这些原子操作的作用是为了在多线程环境中实现线程安全的操作。使用原子操作可以避免竞争条件（Race Condition）的问题，在多个线程同时对共享变量进行操作时，能够确保操作的原子性，保证数据的一致性和正确性。
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原子操作可以应用于各种并发编程场景，例如引用计数、无锁数据结构、自旋锁、并行算法等。通过使用
std::atomic模板类提供的原子操作函数，可以方便地在多线程环境中进行原子操作，避免了需要显式加锁的复杂性和开销。 -
std::atomic模板类的成员函数的作用是实现线程安全的原子操作，利用硬件级别的支持或者特殊的指令集，保证对共享变量的操作是原子的，避免了竞争条件的问题。这些原子操作可以应用于各种并发编程场景，提供了一种简单、高效和可靠的线程安全机制。
3.应用实例
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load():
- 描述：返回当前std::atomic对象的值。
- 用法：T load(std::memory_order order = std::memory_order_seq_cst) const noexcept;
- 示例：
#include <atomic> int main() { std::atomic<int> num(42); int value = num.load(); std::cout << "Value: " << value << std::endl; return 0; } -
exchange():
- 描述：用给定的值替换std::atomic对象的值，并返回替换之前的值。
- 用法：T exchange(T desired, std::memory_order order = std::memory_order_seq_cst) noexcept;
- 示例：
#include <atomic> int main() { std::atomic<int> num(42); int old_value = num.exchange(10); std::cout << "Old value: " << old_value << std::endl; std::cout << "New value: " << num.load() << std::endl; return 0; } -
increment():
- 描述：将std::atomic对象的值递增1，并返回递增之前的值。
- 用法：T increment(std::memory_order order = std::memory_order_seq_cst) noexcept;
- 示例：
#include <atomic> int main() { std::atomic<int> num(42); int old_value = num++; std::cout << "Old value: " << old_value << std::endl; std::cout << "New value: " << num.load() << std::endl; return 0; } -
decrement():
- 描述：将std::atomic对象的值递减1，并返回递减之前的值。
- 用法：T decrement(std::memory_order order = std::memory_order_seq_cst) noexcept;
- 示例：
#include <atomic> int main() { std::atomic<int> num(42); int old_value = num--; std::cout << "Old value: " << old_value << std::endl; std::cout << "New value: " << num.load() << std::endl; return 0; } -
fetch_add():
- 描述：将给定的值加到std::atomic对象的值上，并返回加之前的值。
- 用法：T fetch_add(T arg, std::memory_order order = std::memory_order_seq_cst) noexcept;
- 示例：
#include <atomic> int main() { std::atomic<int> num(42); int old_value = num.fetch_add(10); std::cout << "Old value: " << old_value << std::endl; std::cout << "New value: " << num.load() << std::endl; return 0; } -
fetch_sub():
- 描述：将给定的值从std::atomic对象的值中减去，并返回减之前的值。
- 用法：T fetch_sub(T arg, std::memory_order order = std::memory_order_seq_cst) noexcept;
- 示例：
#include <atomic> int main() { std::atomic<int> num(42); int old_value = num.fetch_sub(10); std::cout << "Old value: " << old_value << std::endl; std::cout << "New value: " << num.load() << std::endl; return 0; } -
fetch_and():
- 描述：将std::atomic对象的值与给定的值进行按位与操作，并返回按位与之前的值。
- 用法：T fetch_and(T arg, std::memory_order order = std::memory_order_seq_cst) noexcept;
- 示例：
#include <atomic> int main() { std::atomic<int> num(42); int old_value = num.fetch_and(10); std::cout << "Old value: " << old_value << std::endl; std::cout << "New value: " << num.load() << std::endl; return 0; } -
fetch_or():
- 描述：将std::atomic对象的值与给定的值进行按位或操作，并返回按位或之前的值。
- 用法：T fetch_or(T arg, std::memory_order order = std::memory_order_seq_cst) noexcept;
- 示例：
#include <atomic> int main() { std::atomic<int> num(42); int old_value = num.fetch_or(10); std::cout << "Old value: " << old_value << std::endl; std::cout << "New value: " << num.load() << std::endl; return 0; } -
fetch_xor():
- 描述：将std::atomic对象的值与给定的值进行按位异或操作，并返回按位异或之前的值。
- 用法：T fetch_xor(T arg, std::memory_order order = std::memory_order_seq_cst) noexcept;
- 示例：
#include <atomic> int main() { std::atomic<int> num(42); int old_value = num.fetch_xor(10); std::cout << "Old value: " << old_value << std::endl; std::cout << "New value: " << num.load() << std::endl; return 0; }
10.store()
- 描述：std::atomic的store函数用于将给定的值存储到std::atomic对象中。
- 用法：template void store(T value, std::memory_order order = std::memory_order_seq_cst) noexcept;
- 示例：
#include <atomic>
#include <iostream>
int main() {
std::atomic<int> value;
// 使用store函数将给定的值存储到std::atomic对象中
value.store(42);
// 打印存储后的值
std::cout << "Value: " << value.load() << std::endl;
return 0;
}
