Welchen Nutzen haben Atomics in der C++-Multithread-Programmierung?

Atomics werden in der Multithread-Programmierung verwendet, um atomare Operationen durchzuführen und so die Atomizität und Sichtbarkeit gemeinsam genutzter Daten sicherzustellen. Die atomare Bibliothek stellt atomare Variablentypen wie std::atomic<int> bereit und stellt die folgenden atomaren Operationen bereit: Laden, Speichern, Compare_Exchange_strong. Im tatsächlichen Fall wird der atomare Zähler gleichzeitig von mehreren Threads aktualisiert, und die atomare Operation fetch_add stellt sicher, dass der Zählerwert konsistent bleibt und verhindert Datenkonkurrenz. Atomics gewährleisten die Sicherheit und Zuverlässigkeit der von Multithread-Programmen gemeinsam genutzten Daten.

Verwendung von Atomics in der C++-Multithread-Programmierung

In der Multithread-Programmierung sind Atomics spezielle Variablentypen, die zur Durchführung atomarer Operationen an gemeinsam genutzten Daten verwendet werden. Atomare Operationen stellen sicher, dass Daten konsistent bleiben, auch wenn mehrere Threads gleichzeitig darauf zugreifen.

Eigenschaften atomarer Operationen:

• Atomizität: Die Operation wird als unteilbares Ganzes ausgeführt und nicht durch andere Threads unterbrochen.
• Sichtbarkeit: Atomere Operationen an einem Thread sind für andere Threads sofort sichtbar.
• Reihenfolge: Atomere Operationen für dieselbe Variable werden der Reihe nach ausgeführt.

Atomics-Bibliothek:

Die <atomic>-Bibliothek in C++ stellt atomare Variablentypen bereit, wie z. B. std::atomic<int>, std::atomic<bool> usw. Diese Typen stellen die folgenden integrierten atomaren Operationen bereit: <atomic>库提供了原子变量类型，如 std::atomic<int>、std::atomic<bool> 等。这些类型提供以下内建的原子操作：

• load(memory_order)：从变量中读取值。
• store(value, memory_order)：将值存储到变量中。
• compare_exchange_strong(expected, desired, memory_order)：如果变量的值与 expected 相同，则将其替换为 desired。

实战案例：

假设我们有一个共享计数器，多个线程同时更新：

#include <thread>
#include <atomic>

std::atomic<int> counter;

void increment_counter() {
    // 使用原子操作累加计数器
    counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;

    // 创建并启动 10 个线程同时累加计数器
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        threads.emplace_back(increment_counter);
    }

    // 等待所有线程结束
    for (auto &thread : threads) {
        thread.join();
    }

    // 打印最终计数结果
    std::cout << "最终计数：" << counter << std::endl;
}

本例中，std::atomic<int> counter 变量在多个线程之间共享。increment_counter 函数使用原子操作 fetch_add

load(memory_order): Liest einen Wert aus einer Variablen.

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