原子类型

 

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语法

_Atomic ( 类型名称 )	(1)	(自 C11 起)
_Atomic 类型名称	(2)	(自 C11 起)

1) 用作类型说明符；这指定一个新的原子类型

2) 用作类型限定符；这指定 类型名称 的原子版本。在此角色中，它可以与 const、volatile 和 restrict 混合使用，但与其他限定符不同，类型名称 的原子版本可能具有不同的大小、对齐方式和对象表示形式。

类型名称

-

除数组或函数之外的任何类型。对于 (1)，类型名称 也不能是原子类型或 cvr 限定的

头文件 <stdatomic.h> 定义了许多方便的类型别名，从 atomic_bool 到 atomic_uintmax_t，这些别名简化了将此关键字与内置类型和库类型一起使用。

_Atomic const int* p1;  // p is a pointer to an atomic const int
const atomic_int* p2;   // same
const _Atomic(int)* p3; // same

如果编译器定义了宏常量 __STDC_NO_ATOMICS__，则不提供关键字 _Atomic。

解释

原子类型的对象是唯一免受数据竞争的对象；也就是说，它们可以被两个线程并发修改，或者被一个线程修改并被另一个线程读取。

每个原子对象都有其自己的关联修改顺序，这是对该对象进行的修改的总顺序。如果从某个线程的角度来看，对某个原子对象 M 的修改 A 先于 对同一原子对象 M 的修改 B 发生，则在 M 的修改顺序中，A 出现在 B 之前。

请注意，尽管每个原子对象都有其自己的修改顺序，但没有单个总顺序；不同的线程可能会以不同的顺序观察对不同原子对象的修改。

所有原子操作都保证有四种一致性

1. 写-写一致性：如果修改原子对象 M 的操作 A 先于 修改 M 的操作 B 发生，则 A 在 M 的修改顺序中出现在 B 之前。
2. 读-读一致性：如果原子对象 M 的值计算 A 先于 M 的值计算 B 发生，并且 A 从 M 上的副作用 X 获取其值，则 B 计算的值要么是 X 存储的值，要么是 M 上的副作用 Y 存储的值，其中 Y 在 M 的修改顺序中晚于 X 出现。
3. 读-写一致性：如果原子对象 M 的值计算 A 先于 M 上的操作 B 发生，则 A 从 M 上的副作用 X 获取其值，其中 X 在 M 的修改顺序中早于 B 出现。
4. 写-读一致性：如果原子对象 M 上的副作用 X 先于 M 的值计算 B 发生，则评估 B 从 X 或从修改顺序中出现在 X 之后的副作用 Y 获取其值。

一些原子操作也是同步操作；它们可能具有额外的释放语义、获取语义或顺序一致性语义。请参阅 memory_order。

内置的 递增和递减运算符 以及 复合赋值 是具有完全顺序一致性排序的读-修改-写原子操作（就像使用 memory_order_seq_cst 一样）。如果需要不太严格的同步语义，则可以使用标准库函数代替。

原子属性仅对左值表达式有意义。左值到右值的转换（模拟从原子位置到 CPU 寄存器的内存读取）会剥离原子性以及其他限定符。

注释

访问原子结构体/联合体的成员是未定义行为。

库类型 sig_atomic_t 不提供线程间同步或内存排序，仅提供原子性。

volatile 类型不提供线程间同步、内存排序或原子性。

建议实现确保 C 中 _Atomic(T) 的表示形式与 C++ 中 std::atomic<T> 的表示形式对于每种可能的类型 T 都相同。用于确保原子性和内存排序的机制应兼容。

关键字

_Atomic

示例

运行此代码

#include <stdatomic.h>
#include <stdio.h>
#include <threads.h>
 
atomic_int acnt;
int cnt;
 
int f(void* thr_data)
{
    for (int n = 0; n < 1000; ++n)
    {
        ++cnt;
        ++acnt;
        // for this example, relaxed memory order is sufficient, e.g.
        // atomic_fetch_add_explicit(&acnt, 1, memory_order_relaxed);
    }
    return 0;
}
 
int main(void)
{
    thrd_t thr[10];
    for (int n = 0; n < 10; ++n)
        thrd_create(&thr[n], f, NULL);
    for (int n = 0; n < 10; ++n)
        thrd_join(thr[n], NULL);
 
    printf("The atomic counter is %u\n", acnt);
    printf("The non-atomic counter is %u\n", cnt);
}

可能的输出

The atomic counter is 10000
The non-atomic counter is 8644

参考文献

• C23 标准 (ISO/IEC 9899:2024)

• 6.7.2.4 原子类型说明符 (页码：待定)

• 7.17 原子操作 <stdatomic.h> (页码：待定)

• C17 标准 (ISO/IEC 9899:2018)

• 6.7.2.4 原子类型说明符 (页码：87)

• 7.17 原子操作 <stdatomic.h> (页码：200-209)

• C11 标准 (ISO/IEC 9899:2011)

• 6.7.2.4 原子类型说明符 (页码：121)

• 7.17 原子操作 <stdatomic.h> (页码：273-286)

参见

并发支持库

C++ 文档 关于 atomic