c ++，c ++ 11，std :: atomic成员函数

Question

我正在尝试使用std :: atomic库。

1. 专业和非专业原子成员函数之间有什么区别？
2. 以下功能之间有什么区别（如果有的话）？
3. operator =将值存储到原子对象（公共成员函数）vs 存储 （C ++ 11）中，用非原子参数（公共成员函数）原子地替换原子对象的值
4. operator T（）从原子对象（公共成员函数）和load （C ++ 11 ）加载一个值，原子地获取原子对象的值（公共成员函数）。
5. operator + = vs fetch_add
6. operator- = vs fetch_sub
7. operator＆= vs fetch_and
8. operator | = vs fetch_or
9. operator ^ = vs fetch_xor
10. 将变量声明为原子变量与非原子变量的缺点是什么。 例如， std::atomic<int> x vs int x的缺点是什么？ 换句话说，原子变量的开销是多少？
11. 哪一个有更多的开销？ 一个原子变量，一个受互斥锁保护的正常变量？

这是我的问题的参考。 http://en.cppreference.com/w/cpp/atomic/atomic

Answer 1

不是专家，但我会尝试：

1. 特化（对于内置类型，如int ）包含其他操作，如fetch_add 。 非专业表单（用户定义的类型）不包含这些。
2. operator=返回其参数， store不返回。 此外，非运算符允许您指定内存顺序。 标准说operator=是根据store定义的。
3. 与上面相同，虽然它返回load的值。
4. 与上述相同
5. 与上述相同
6. 与上述相同
7. 与上述相同
8. 与上述相同
9. 与上述相同
10. 他们做不同的事情。 在使用std::atomic_int的方式中使用int是未定义的行为。
11. 您可以假设开销是int <= std::atomic <= int and std::mutex ，其中<=表示'减少开销'。 所以它可能比使用互斥锁（特别是对于内置类型）更好，但比int更糟糕。

Answer 2

专业和非专业原子成员函数之间有什么区别？

从标准（第29.5节）中这些类的概要可以看出，有三组不同的成员函数：

• 最通用的只提供存储，加载，交换和比较交换操作;
• 除了通用类型之外，整数类型的特化提供原子算术和按位运算;
• 指针的特化除了通用指针之外还提供指针算术运算。

以下功能之间有什么区别（如果有的话）？

operator=将值存储到原子对象（公共成员函数）vs store （C ++ 11）中，用非原子参数（公共成员函数）原子地替换原子对象的值

（......）

主要功能区别在于非运算符版本（第29.6.5节，第9-17段及更多）具有额外的参数，用于指定所需的内存排序（第29.3 / 1节）。 运算符版本使用顺序一致性内存排序：

 void A::store(C desired, memory_order order = memory_order_seq_cst) volatile noexcept; void A::store(C desired, memory_order order = memory_order_seq_cst) noexcept; 

要求： order参数不应该是memory_order_consume ， memory_order_acquire ，也不是memory_order_acq_rel 。

效果：以原子方式替换object指向的值，或者替换为desired的值。 内存受到order价值的影响。

 CA::operator=(C desired) volatile noexcept; CA::operator=(C desired) noexcept; 

效果： store(desired)

返回： desired

非运算符形式是有利的，因为顺序一致性并不总是必需的，并且它可能比其他存储器顺序更昂贵。 通过仔细分析，可以找出正确操作所需的最小保证，并选择一个限制较少的内存排序，为优化器提供更多余地。

将变量声明为原子变量与非原子变量的缺点是什么。 例如， std::atomic<int> x vs int x的缺点是什么？ 换句话说，原子变量的开销是多少？

当常规变量足以限制可能的优化次数时使用原子变量，因为原子变量强加了不可分割性和（可能）内存排序的附加约束。

当需要原子变量时使用常规变量可能会引入数据竞争，这会使行为未定义（§1.10/ 21）：

程序的执行包含数据竞争，如果它在不同的线程中包含两个冲突的动作，其中至少有一个不是原子的，并且都不会在另一个之前发生。 任何此类数据争用都会导致未定义的行为。

原子变量的开销是实现质量的问题。 理想情况下，当您需要原子操作时，原子变量的开销为零。 当您不需要原子操作时，它可能具有的任何开销都无关紧要：您只需使用常规变量。

哪一个有更多的开销？ 一个原子变量，一个受互斥锁保护的正常变量？

原子变量没有理由比由互斥体保护的普通变量具有更多的开销：最坏的情况，原子变量就是这样实现的。 但是原子变量有可能是无锁的，这会减少开销。 可以使用§29.6.5/ 7中的标准中描述的功能确定此属性：

 bool atomic_is_lock_free(const volatile A *object) noexcept; bool atomic_is_lock_free(const A *object) noexcept; bool A::is_lock_free() const volatile noexcept; bool A::is_lock_free() const noexcept; 

返回：如果对象的操作是无锁的，则返回 true，否则返回 false。

Answer 3

我不是这方面的专家，但如果我理解正确，你的参考中的非专业操作会自动执行一项操作，加载，存储，替换等。

专门的函数以原子方式执行两项操作，即它们修改然后以这样的方式返回原子对象，使得两个操作在任何其他线程可能混乱之前发生。