C++ 記憶體管理中的原子操作
May 03, 2024 pm 12:57 PM
原子操作在多執(zhí)行緒環(huán)境下管理共享記憶體至關(guān)重要，確保對記憶體的存取是彼此獨立的。 C 標準函式庫提供原子類型，如 std::atomic_int，並提供成員函式如 load() 和 store() 來執(zhí)行原子運算。這些操作要么全部執(zhí)行，要么根本不執(zhí)行，防止因同時存取而造成的資料損壞。實戰(zhàn)案例如無鎖定佇列展示了原子操作的實際應(yīng)用，使用 fetch_add() 原子地更新佇列的頭部和尾部指針，確保佇列操作的原子性和一致性。
C 記憶體管理中的原子操作
原子操作是在單一原子操作內(nèi)執(zhí)行的指令序列，介於系統(tǒng)調(diào)度之間。這意味著該操作要么全部執(zhí)行，要么根本不執(zhí)行，它不會被中途中斷。這對於在多執(zhí)行緒環(huán)境中管理記憶體至關(guān)重要，因為我們可以確保對共享記憶體的存取是彼此獨立的。
C 標準函式庫中的原子型別
C 標準函式庫提供了原子型別的集合，包括：
- ##std ::atomic_int
：原子整數(shù) - std::atomic_bool
：原子佈林值 - std::atomic_size_t
：原子size_t類型
原子運算
為了對原子變數(shù)執(zhí)行原子運算，可以使用std::atomic 類別提供的成員函數(shù)：
- load()
：載入原子變數(shù)的目前值 - store()
：將值儲存到原子變數(shù)中 - fetch_add()
：原子地將值加到原子變數(shù)中 - compare_exchange_strong()
：比較目前值並僅在匹配時交換
實戰(zhàn)案例：無鎖定佇列
讓我們建立一個無鎖定佇列來示範原子運算的實際應(yīng)用：#include <deque>
#include <atomic>
template<typename T>
class ConcurrentQueue {
private:
std::deque<T> data;
std::atomic<size_t> head;
std::atomic<size_t> tail;
public:
ConcurrentQueue() {
head.store(0);
tail.store(0);
}
void push(T item) {
data[tail.fetch_add(1)] = item;
}
T pop() {
if (head == tail) {
return T{};
}
return data[head.fetch_add(1)];
}
size_t size() {
return tail - head;
}
};這個佇列使用原子操作來確保對佇列的操作是原子和一致的。 push() 方法使用 fetch_add() 來原子增加 tail 並儲存新元素。 pop() 方法使用 fetch_add() 來原子增加 head 並檢索元素。
結(jié)論
原子操作在多執(zhí)行緒程式設(shè)計中非常有用，它們可以確保對共享記憶體的並發(fā)存取是一致且可預(yù)測的。 C 標準函式庫提供了原子類型的集合和相關(guān)的操作，使我們能夠輕鬆實現(xiàn)無鎖的資料結(jié)構(gòu)，從而提高並發(fā)程式碼的效能和可靠性。以上是C++ 記憶體管理中的原子操作的詳細內(nèi)容。更多資訊請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！
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