C++原子类型 atomic< uint_16

C++原子类型 atomic<uint_16_t>

C++原子类型 atomicuint_16_t

引言

在C++多线程编程中，共享资源的访问是一个常见的问题。多个线程可能同时读取或修改同一个变量，这会导致竞争条件（Race Condition）和数据不一致的问题。为了解决这些问题，C++提供了标准库中的原子类型（Atomic Types）。

原子类型提供了一种线程安全的方式来访问和修改共享资源，保证了操作的原子性，即线程在读取和修改一个原子类型的值时不会被其他线程干扰，从而避免了竞争条件和数据不一致的问题。

其中，atomic<uint_16_t>是一种原子类型，用于操作16位的无符号整数。本文将详细介绍atomic<uint_16_t>的特性、用法和示例。

特性

atomic<uint_16_t>类型具有以下特性：

原子性：atomic<uint_16_t>的所有操作都是原子的，即每个操作要么完全执行，要么完全不执行，没有其他线程能够在操作中间插入。
可见性：对于原子类型的操作，所有线程都能够看到它们的影响，并且不会存在数据不一致的问题。这是通过使用内存屏障（Memory Barrier）来实现的。
无锁：atomic<uint_16_t>类型的操作不需要使用锁，从而避免了锁竞争的开销，使得并发操作更加高效。
支持的操作：atomic<uint_16_t>支持一系列的原子操作，包括读取、写入、交换、加/减、递增/递减等。

用法

创建`atomic<uint_16_t>`对象

要使用atomic<uint_16_t>类型，首先需要创建一个对象。可以通过以下方式创建atomic<uint_16_t>对象：

#include <atomic>

std::atomic<uint16_t> myAtomic;

原子读取和写入

可以使用load()和store()函数实现对atomic<uint_16_t>对象的原子读取和写入。

// 原子写入
myAtomic.store(42);

// 原子读取
uint16_t value = myAtomic.load();

原子交换

使用exchange()函数可以实现对atomic<uint_16_t>对象的原子交换操作。

// 原子交换
uint16_t oldValue = myAtomic.exchange(42);

exchange()函数会返回交换前的值，并将新值存储到对象中。

原子加/减操作

atomic<uint_16_t>对象支持原子加/减操作。可以使用fetch_add()和fetch_sub()函数进行原子加/减操作，并返回操作前的值。

// 原子加操作
uint16_t oldValue = myAtomic.fetch_add(2);

// 原子减操作
uint16_t oldValue = myAtomic.fetch_sub(2);

原子递增/递减

atomic<uint_16_t>对象还支持原子递增/递减操作。可以使用++和--运算符进行原子递增/递减操作。

// 原子递增
++myAtomic;

// 原子递减
--myAtomic;

其他原子操作

除了上述操作，atomic<uint_16_t>对象还支持许多其他原子操作，如compare_exchange_weak()、compare_exchange_strong()、fetch_and()、fetch_or()和fetch_xor()等。详细了解这些操作可参考C++标准库的官方文档。

示例

以下是一个简单的示例，展示了atomic<uint_16_t>的使用：

#include <iostream>
#include <atomic>
#include <thread>
#include <vector>

std::atomic<uint16_t> counter(0);

void incrementCounter() {
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        counter++;
    }
}

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

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        threads.emplace_back(incrementCounter);
    }

    for (auto& thread : threads) {
        thread.join();
    }

    std::cout << "Counter value: " << counter << std::endl;

    return 0;
}

在上述示例中，我们创建了一个atomic<uint_16_t>类型的全局变量counter，然后创建了10个线程来同时对counter进行递增操作。每个线程会对counter递增10000次。

最后，我们输出了counter的值。由于atomic<uint_16_t>类型的操作是原子的，所以最终的输出会是一个确定的值。