std::atomic 是 C++ 中用于实现多线程环境下原子操作的核心工具，确保对共享变量的读、写和复合操作不可分割，避免数据竞争。原子操作指操作在执行中不会被中断，要么完全执行，要么不执行，无中间状态。例如，多个线程同时对普通变量进行 i++ 操作可能导致结果错误，因其包含“读-改-写”三步，而使用 std::atomic 可保证该操作原子性，结果正确。常见用法包括 std::atomic counter{0}、std::atomic ready{false} 等，支持整型、指针等类型。主要操作有 load()（原子读）、store(val)（原子写）、exchange(val)（替换并返回旧值）、compare_exchange_weak/strong（比较并交换，CAS，用于无锁编程）、fetch_add()/fetch_sub()（原子加减并返回原值），且对整型和指针支持 ++、-- 运算符重载。示例代码中两个线程各对 atomic 变量自增 1000 次，最终结果为 2000，体现其正确性。内存序（Memory Order）控制原子操作的同步行为与性能，默认为 std::memory_order_seq_cst（顺序一致性，最安全但性能较低）。其他选项包括 memory_order_relaxed（仅保证
std::atomic 是 C++ 中用于实现原子操作的核心工具，它能确保对共享数据的操作在多线程环境下不会出现数据竞争，从而保证并发安全。简单来说，使用 std::atomic 的变量，其读、写或复合操作（如自增）是“不可分割”的——其他线程无法观察到中间状态。
什么是原子操作？
原子操作是指一个操作在执行过程中不会被线程调度机制打断。也就是说，该操作要么完全执行，要么完全不执行，不存在部分完成的状态。在多线程编程中，多个线程同时访问同一变量时，如果没有同步机制，就会导致未定义行为。
例如，两个线程同时对一个普通整型变量执行 i++，由于 i++ 实际包含“读-改-写”三个步骤，可能两个线程都读取了旧值，各自加1后再写回去，最终只加了一次，造成数据丢失。
而如果这个变量是 std::atomic++ 操作会以原子方式完成，结果正确。
std::atomic 的基本用法
你可以将 std::atomic 用于整型、指针等支持原子操作的类型：
- std::atomic
counter{0}; - std::atomic
ready{false}; - std::atomic
ptr{nullptr};
常用操作包括：
- load()：原子地读取值
- store(val)：原子地写入值
- exchange(val)：原子地替换值并返回旧值
- compare_exchange_weak/strong(expected, desired)：比较并交换（CAS），是实现无锁编程的基础
- fetch_add(), fetch_sub()：原子加减并返回原值
- 对整型和指针类型，还支持
++、--等运算符重载
示例代码：
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#include#include #include std::atomic count{0}; void increment() { for (int i = 0; i < 1000; ++i) { count.fetch_add(1); } } int main() { std::thread t1(increment); std::thread t2(increment); t1.join(); t2.join(); std::cout << "Final count: " << count.load() << "\n"; // 输出 2000 }
内存序（Memory Order）控制性能与可见性
std::atomic 操作允许指定内存序，用来控制操作的内存同步行为。默认使用 std::memory_order_seq_cst（顺序一致性），最安全但可能影响性能。
常见内存序选项：
- memory_order_relaxed：仅保证原子性，不保证顺序。适合计数器等无需同步场景
- memory_order_acquire：用于读操作，保证后续读写不会被重排到该操作之前
- memory_order_release：用于写操作，保证之前的读写不会被重排到该操作之后
- memory_order_acq_rel：结合 acquire 和 release
- memory_order_seq_cst：最强一致性，所有线程看到相同操作顺序
例如：
count.store(1, std::memory_order_release); int val = count.load(std::memory_order_acquire);
这种配对常用于实现自定义同步机制，如自旋锁或无锁队列。
原子操作的限制与注意事项
std::atomic 并非万能，使用时需注意：
- 不是所有类型都能特化为 atomic。例如 std::atomic<:string> 不合法，因为字符串操作无法原子化
- 复合操作（如先检查再修改）仍需谨慎，应使用 compare_exchange 循环实现
- 过度使用 memory_order_seq_cst 可能降低性能，应根据需求选择合适的内存序
- 原子变量不能拷贝构造或赋值，只能通过 load/store 或原子操作修改
基本上就这些。std::atomic 提供了高效且灵活的并发控制手段，尤其适用于轻量级同步场景。掌握它，是写出高性能、线程安全 C++ 代码的重要一步。
