std :: atomic.compare_and_exchange_strong（）失败

Question

我是C ++的新手，必须对原子操作进行一些练习。 我正在实现一个AtomicHashSet-但是我对compare_and_exchange_strong()感到困惑，因为它与我期望的有所不同。

作为内部数据结构，我使用了std :: atomic-instances数组：

std::atomic<Item<T>> data[N] = {};

观察问题的基本部分如下：

bool insert(const T &key) {
    if (keysStored.load() == N) {
        return false;
    }

    size_t h = this->hash(key);



    for (size_t i = 0; i < N; i++) {
        size_t pos = (h + i) % N;
        data[pos].load(); //No idea why that is needed...
        Item<T> atPos = data[pos].load();

        if (atPos.dataRef == &key) {
            return false;
        }
        if (atPos.dataRef == nullptr && atPos.state == BucketState::Empty) {
            Item<T> atomDesired(&key, BucketState::Occupied);

            if (data[pos].compare_exchange_strong(atPos, atomDesired)) {
                keysStored++;
                return true;
            }
        }
    }

    return false;
}

Item的定义如下：

enum class BucketState { Empty, Occupied, Deleted };

template<typename T>
struct Item {
Item(): dataRef(nullptr), state(BucketState::Empty) {}
Item(const T* dataRef, BucketState state) : dataRef(dataRef), state(state) {}

const T* dataRef;
BucketState state;
};

我做了一些断言测试（两次插入一个元素，检查keyStored等）。 有了这段代码，它们成功了-但如果我删除了废话data[pos].load(); 调用它们失败，因为compare_exchange_strong()返回false 。 这种奇怪的失败行为仅在第一次调用该函数时发生...

我还使用调试器进行了检查-atPos的值与data[pos]的值相同-因此，据我所知ces应该进行交换并记录true 。

另一个问题：我是否必须使用特殊的内存顺序来确保原子（因此也是线程安全）行为？

Answer 1

没有mvce很难说，但是问题很可能是由于填充而引起的。 std::atomic.compare_and_exchange_strong从概念上使用memcmp将当前状态与预期状态进行比较。 由于对齐要求，在64位计算机上， Item结构的大小为16个字节（两个指针），但实际上只有12个字节会影响其值（指针为8，枚举为4）。

所以声明

Item<T> atPos = data[pos].load();

仅复制前12个字节，但std::atomic.compare_and_exchange_strong将比较所有16个字节。要解决此问题，您可以将BucketState的基础类型明确指定为与指针大小相同的整数类型（通常size_t和uintptr_t具有该属性）。

例如，Item可能如下所示：

enum class BucketState :size_t { Empty, Occupied, Deleted };

template<typename T>
struct Item {
    const T* dataRef;
    BucketState state;

    static_assert(sizeof(const T*) == sizeof(BucketState), "state should have same size as dataRef");
};

但是，我不能告诉您为什么使用语句data[pos].load(); 有所作为。 如果我没记错的话，对std :: memcmp的隐式调用会导致未定义的行为，因为它将读取未初始化的内存。

另一个问题：我是否必须使用特殊的内存顺序来确保原子（因此也是线程安全）行为？

简短的答案是不，您不需要。

长的答案是，首先，对std :: atomics的访问始终是线程安全的和原子的（它们是不同的）。 当您要使用这些原子来保护对非原子共享内存的访问时，内存排序就变得很重要（例如if (dataAvalialbe) //readSharedmemory ）。 但是，对原子的所有操作的默认内存顺序为memory_order_seq_cst，这是最强的。