為什么 std::atomic 的默認構造函數不默認初始化底層存儲值？

Question

由於今天是美國的感恩節，我將成為指定的火雞來問這個問題：

采取像這樣無害的事情。 具有簡單普通舊數據類型（例如 int）的原子：

atomic<int> x;
cout << x;

以上將打印出垃圾（未定義）數據。 鑒於我閱讀的原子構造函數，這是有道理的：

(1) 默認構造函數

使原子對象處於未初始化狀態。 未初始化的原子對象稍后可以通過調用 atomic_init 進行初始化。

感覺像是一個奇怪的委員會決定。 但我相信他們有他們的理由。 但我想不出另一個std::類，其中默認構造函數會使對象處於未定義狀態。

我可以看到對於沒有默認構造函數並且需要進入atomic_init路徑的更復雜類型與std::atomic一起使用有何意義。 但更一般的情況是使用具有簡單類型的原子，用於引用計數、順序標識符值和簡單的基於輪詢的鎖定等場景。 因此，這些類型沒有自己的存儲值“零初始化”（默認初始化）感覺很奇怪。 或者至少，如果不可預測，為什么要有一個默認構造函數。

未初始化的std::atomic實例會有用的原因是什么。

Answer 1

如P0883中所述，此行為的主要原因是與 C 的兼容性。顯然 C 沒有值初始化的概念； atomic_int i; 不執行初始化。 為了與 C 兼容，等效的 C++ 也必須不執行初始化。 由於 C++ 中的atomic_int應該是std::atomic<int>的別名，因此為了完全兼容 C/C++，該類型也必須不執行初始化。

幸運的是， C++20 似乎正在消除這種行為。

Answer 2

未初始化的std::atomic實例會有用的原因是什么。

出於同樣的原因，基本的“構建塊”用戶定義類型不應做超出嚴格要求的事情，尤其是在像構造這樣不可避免的操作中。

但我想不出另一個 std:: 類，其中默認構造函數會使對象處於未定義狀態。

所有不需要內部不變量的類都是這種情況。

通用代碼中沒有期望T x; 將創建一個零初始化對象； 但預計它將創建一個可用狀態的對象。 對於標量類型，任何現有對象在其生命周期內都是可用的。

另一方面，預計

T x = T();

將為通用代碼創建一個處於默認狀態的對象，用於普通值類型。 （如果所表示的值有這樣的東西，它通常是一個“零值”。）

原子非常不同，它們存在於不同的“世界”

原子並不是真正關於值的范圍。 它們旨在為讀取、寫入和復雜操作提供特殊保證； 原子在很多方面不同於其他數據類型，因為沒有根據對該對象的正常賦值定義復合賦值操作。 所以通常的等價物不適用於原子。 您不能像對普通對象那樣對原子進行推理。

您根本無法在原子和普通對象上編寫通用代碼； 這將毫無意義。

（見腳注。）

概括

• 您可以擁有通用代碼，但不能擁有原子-非原子通用算法，因為它們的語義不屬於同一風格的語義定義（甚至不清楚 C++ 如何同時具有原子和非原子操作）。
• “你不用為你不用的東西付錢。”
• 沒有通用代碼會假定未初始化的變量具有值； 只是它處於賦值和其他不依賴於先前值的操作的有效狀態（顯然沒有復合賦值）。
• 許多 STL 類型沒有被它們的默認構造函數初始化為“零”或默認值。

[腳注：

下面是一篇技術性重要的文字“吐槽”，但對於理解原子對象的構造函數為什么會是這樣並不重要。

它們只是以最深刻的方式遵循不同的語義規則：標准甚至沒有描述的方式，因為標准從未解釋多線程的最基本事實：語言的某些部分被評估為一系列操作取得進展，而其他領域（原子，try_lock ...）則沒有。 事實上，標准的作者顯然甚至沒有看到這種區別，甚至不理解這種二元性。 （請注意，討論這些問題通常會使您的問題和答案遭到否決和刪除。）

這種區別是必不可少的，因為沒有它（同樣，它在標准中沒有出現），零個程序甚至可以具有多線程定義的行為：只有舊式的線程前行為可以在沒有這種二元性的情況下得到解釋。

C++ 委員會不了解 C++ 的症狀是他們認為“無稀有值”是一個額外的特性，而不是語義的重要組成部分（沒有獲得原子的“無稀有”保證承諾順序程序的順序語義更站不住腳）。

--尾注]