当类型不是 Integral 时，如何使用 std::atomic 执行基本操作？

Posted 2023-02-16

【中文标题】当类型不是 Integral 时，如何使用 std::atomic 执行基本操作？

【英文标题】：How to perform basic operations with std::atomic when the type is not Integral?

【发布时间】：2014-05-31 17:30:31

【问题描述】：

确切地说，我只需要将一个 double 增加另一个 double 并希望它是线程安全的。我不想为此使用互斥锁，因为执行速度会大大降低。

【问题讨论】：

相关：Atomic double floating point or SSE/AVX vector load/store on x86_64。基本上与此相同的答案，但具有 x86 asm 详细信息。 （不幸的是，有些编译器在将数据从 XMM 转换为 compare_exchange 的整数甚至使用 atomic<double> 加载/存储时效率相当低。）

【参考方案1】：

所以使用积分原子作为内存屏障。这是一个带有来源和解释的页面：http://preshing.com/20121019/this-is-why-they-call-it-a-weakly-ordered-cpu/

【讨论】：

内存屏障只有助于排序，而不是原子性。这就是为什么您需要一个 CAS（或 LL/SC）来使整个读-修改-写原子化。

【参考方案2】：

通常，C++ 标准库试图只提供可以有效实现的操作。对于std::atomic，这意味着可以在“通用”架构上的一条或两条指令中无锁执行的操作。 “通用”架构具有用于整数的原子获取和添加指令，但不适用于浮点类型。

如果您想为原子浮点类型实现数学运算，您必须自己使用 CAS（比较和交换）循环 (Live at Coliru)：

std::atomic<double> foo0;

void add_to_foo(double bar) 
  auto current = foo.load();
  while (!foo.compare_exchange_weak(current, current + bar))
    ;

【讨论】：

谢谢你的回答，我没有意识到为了做到这一点（安全地添加两个双线程）我需要这么脏（或者至少在我看来是这样）的解决方法。

我有点困惑。如果 foo != current 由于 foo 被负载和 CAS 之间的另一个线程修改，为什么这段代码不会进入无限循环？

@Joe compare_exchange_weak 通过引用获取其第一个参数，并在失败时将其更新为观察值。因此，如果 CAS 因foo != current 而失败，则循环会从更新的current 中计算出一个新的current + bar 并重试。

@Casey 感谢您的澄清。