std::atomic 是否提供原子行为，无论排序如何？答案

【问题标题】：Does std::atomic provide atomic behavior, regardless of ordering?std::atomic 是否提供原子行为，无论排序如何？
【发布时间】：2017-08-31 02:39:58
【问题描述】：

如果使用std::atomic 模板声明变量，例如std::atomic<int>，是否保证通过std::atomic 中的方法进行访问将导致一致值（即，一个通过std::atomic 方法写的）不管排序？

据我所知，这相当于询问 reads 或 writes 是否可以“撕裂”——也就是说，在 ISA 可见的多个部分中写入或真实级别。

【问题讨论】：

见the documentation for std::atomic。它回答了你所有的问题。如果您在理解该文档的某些部分时遇到问题，您需要准确解释您不确定的描述部分。学习如何阅读技术文档是每个 C++ 开发人员必备的技能。
正如山姆所说！ [[[
这不是一个真正的答案，但不管std::atomic，指针大小或更小的对齐写入在当今所有主要的 ISA 上都是原子的（x86/x86_64、ARM、AArch64 ）。对于多线程场景，这通常是不够的，但可以肯定的是，使用std::atomic 不会让事情变得更糟。
@SamVarshavchik - 我对该文档进行了一定长度的扫描，但没有看到任何特别提到原子性的内容。
您是否在第一段中看到了“定义明确”的部分，其中包含指向 memory_order 规范的链接，详细地说，所有读取和写入会发生什么？跨度>

标签： c++ concurrency memory-model stdatomic

【解决方案1】：

原子，from the Greek atom meaning indivisible，是“不撕裂”的代名词。这意味着整个操作不可分割地发生。你可以用 std::atomic 类型做的所有事情都是原子的（没有撕裂）。

C++14 draft N4140 部分29.3 顺序和一致性 是该章的第一部分，详细介绍。第一点之一是（1.4）：

[ 注意：指定memory_order_relaxed 的原子操作在内存排序方面是宽松的。 实现仍必须保证对特定原子对象的任何给定原子访问是不可分割的关于对该对象的所有其他原子访问。 ——尾注]

就阐述原子性要求的技术语言而言，每个操作（如.store()、.load()、.fetch_add()）都使用如下语言定义：

§ 29.6.5 对原子类型的操作要求
void atomic_store(volatile A * object, C desired) noexcept;
void atomic_store(A * object, C desired) noexcept;
void atomic_store_explicit(volatile A * object, C desired, memory_order order) noexcept;
void atomic_store_explicit(A * object, C desired, memory_order order) noexcept;
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：订单参数不得为memory_order_consume、memory_order_acquire，也不得为 memory_order_acq_rel.

效果：自动替换 object 或 this 指向的值为所需的值。根据 order 的值影响内存。

等等，在所有适用的情况下都使用原子这个词。

对于add/+、sub/- 等|、& 和 ^，它们没有重复自己，而是有一个键/操作表适用于这个块：

C atomic_fetch_key (volatile A * object, M operand) noexcept;
C atomic_fetch_key (A * object, M operand) noexcept;
C atomic_fetch_key _explicit(volatile A * object, M operand, memory_order order) noexcept;
C atomic_fetch_key _explicit(A * object, M operand, memory_order order) noexcept;
C A ::fetch_key (M operand, memory_order order = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;
C A ::fetch_key (M operand, memory_order order = memory_order_seq_cst) noexcept;
28 效果：原子地替换对象所指向的值 this 将计算结果应用于指向的值通过对象或 this 和给定的操作数。记忆受到影响根据订单的价值。这些操作是原子的读-修改-写操作 (1.10)。

29 返回：原子地，值在效果之前由对象或 this 指向。

30 备注：对于有符号整数类型，算术定义为使用二进制补表示。没有未定义的结果。地址类型，结果可能是未定义的地址，但操作否则没有未定义的行为。

唯一可选的是与其他线程中的加载/存储进行排序/同步（对于没有同步的原子性，请使用memory_order_relaxed）。

事实上，没有办法“关闭”原子性来加载昂贵的宽类型（例如在 x86 上的 a CAS on atomic<pointer_and_ABAcounter> which compiles to lock cmpxchg16b 之前）。我在那个答案中使用了联合黑客来有效地加载结构。

更重要的是，联合是 gcc 的一种解决方法，它不优化 ptr_and_counter.ptr 以仅加载指针，我认为至少在 x86 上是安全的。相反，gcc 坚持以原子方式加载整个结构并然后从结果中获取指针。当它是 x86-64 上的 16 字节结构时，这非常糟糕，而在 x86-32 上则相当糟糕。（见https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=80835）

【讨论】：

感谢标准报价。有趣的是，他们在这里引入了一个新术语，indivisible 来描述值必须是原子的，因为我想说“原子值必须仍然是原子的”会很奇怪。有趣的是，他们在relaxed 的上下文中提到了这一点，就像“它们仍然必须是不可分割的”一样——但他们是否在其他地方提到了整体不可分割性？
@BeeOnRope：是的。宽松部分中的措辞暗示其他排序也具有该属性。如果原子总是原子的，你想知道什么？我认为很明显，除了编译器错误，它们总是原子的。
当我问这个问题时，我想我是困了或喝醉了，但后来我并没有删除，我仍然想看一下拼写出来的文字。我没有标准的副本，但如果它有像 cppreference 那样的“将读取由其他线程写入的值”之类的文本，那么我想就是这样。
@BeeOnRope：如果您单击我添加的链接，您可以获得标准草案的 pdf 副本...如果您找到您正在寻找的语言，请随时编辑此答案。我同意最好用标准中的最佳报价来回答这个问题，但没有时间去挖掘它。
@BeeOnRope：使用标准中的技术语言进行了更新。