对原子结构和指针的误解

Question

我的第一个问题是：有没有办法在atomic<struct>对象中访问struct的成员？ 例如，我得到编译器错误：

struct std::atomic<node>’ has no member named ‘data’ a.data = 0; 

在这一部分

struct node{
  int data;
  node* next;
};

int main(){
  atomic<node> a;
  a.data = 0;
}

我可以通过创建一个像这样的临时节点来解决它：

  atomic<node> a;
  node temp;
  temp.data = 0;
  a.store(temp);

但这似乎并不优雅。

第二个问题是，如果我有一个指向原子对象的指针怎么办？ 反正有没有直接访问节点的成员？ 显然以下不编译，如何将其更改为在b的节点值中存储0？

atomic<node> b = new node;
b->data = 0;

这是我发现的一个解决方案，但同样，有更优雅的方式吗？

atomic<node> *b;
node temp;
temp.data = 0;
b->store(&temp);

最后， atomic<node*>和atomic<node>*之间有什么区别？

Answer 1

这[解决方法]似乎并不优雅。

std::atomic<T>不能使任意操作成为原子：只支持加载和存储数据。 这就是为什么你的“解决方法”实际上是处理原子对象的方法：你以任何你喜欢的方式准备新node值，然后将其原子地设置为atomic<node>变量。

如果我有一个指向原子对象的指针怎么办？ 反正有没有直接访问节点的成员？

通过指针访问节点的内容也不是原子的：因为std::atomic<T>只能保证加载和存储它的值是原子的，所以它不允许你在没有明确的情况下访问T的成员复制。 这是一件好事，因为它可以防止代码的读者得到错误的印象，即对T的内部的访问在某种程度上是原子的。

atomic<node*>和atomic<node>*之间有什么区别？

在第一种情况下，原子对象存储一个指针，该指针可以原子方式访问（即，您可以原子地将此指针重新指向新节点）。 在第二种情况下，原子对象存储可以原子方式访问的值，这意味着您可以原子地读取和写入整个node 。

Answer 2

当你这样做

atomic<node> a;
node temp; // use a.load() to copy all the fields of a to temp
temp.data = 0;
a.store(temp);

你失去了下一个领域的价值。 我会做出建议的改变。 如果node是一个简单的类型 ，比如std :: atomic_int ，我认为使用“ = ”运算符是可能的。 否则不是。 我不认为你的案子还有另一种解决方法。

最后，atomic <node *>和atomic <node> *之间有什么区别？

如果使用atomic <node *>，则对节点对象的地址执行的操作将是原子操作，而在另一种情况下，您需要为原子对象分配内存，并且对实际节点对象执行的操作将是原子的。

Answer 3

请注意，您的“解决方案”包括除.data之外的所有成员的非原子读取 - 修改 - 写入。

atomic<node> a;

node temp = a.load();
temp.data = 0;
a.store(temp); // steps on any changes to other member that happened after our load

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如果你想要一个结构，你可以在其中原子地更新所有成员或单独原子地修改它们中的一个（整个结构上没有compare_exchange_weak ），你可以使用原子结构的联合和具有两个原子成员的结构 。 这对于例如双链表中的指针或指针+计数器可能是有用的。 当前的编译器甚至不会读取原子结构的一个成员，而不会像使用CMPXCHG16B加载整个结构那样慢，然后只看一个成员。 （即使使用memory_order_relaxed ，gcc6.2也是memory_order_relaxed ）。

只有在使用C ++编译器保证编写一个联合成员然后读取另一个联合成员时，这种联合黑客才有效，就像它在C99中一样。

这适用于硬件可以cmpxchg最大尺寸的结构，即x86-64上的16B（如果在gcc中启用-mcx16 ，则使用第一代K8 CPU不支持的CMPXCHG16B，因此技术上不是基线x86 -64）。

对于较大的结构， atomic<the_whole_thing>将不是无锁的，并且通过另一个联合成员中的atomic<int>对其成员进行读/写将不安全。 但阅读可能还是可以的。

这可能会使内存排序语义变得混乱，因为即使是强排序的x86也可以对具有完全包含它的更宽负载的窄存储进行重新排序 。 如果你大多只需要原子性，这很好，但是在刚写入一个成员的同一个线程中读取完整对象（例如在执行cmpxchg时）需要在x86上使用MFENCE，即使是获取/释放语义。 您将始终看到自己的商店，但如果其他线程存储到同一个对象，他们可以在加载后观察您的商店。