如果必须检查溢出或有条件地执行操作，std::atomic 是否是多余的？

Question

例如，您可以安全地递增和递减 std::atomic_int 。但是，如果您需要检查溢出或根据该值有条件地执行某些例程，那么无论如何都需要锁。由于您必须比较该值，并且在比较成功后线程可能会被交换，另一个线程会修改，...bug。

但是如果你需要锁，那么你可以使用普通整数而不是原子。我说得对吗？

Answer 1

不，你仍然可以有条件地使用 std::atomic 。

首先，

.fetch_add

的溢出行为被明确定义为原子类型的无符号或2的补码环绕（尽管可能不是您想要的）。与非原子类型不同，整数溢出仍然是 UB。

你是对的，

foo++

然后单独读取

foo

将是一个错误，所以使用

int tmp = foo++;

来使用原子RMW操作的返回值。

如果您绝对必须检查溢出，或以其他方式有条件地执行操作，则可以使用比较交换。这使您可以读取该值，决定是否要对其进行处理，然后自动更新该值（如果它没有更改）。这里的关键部分是系统会告诉你原子更新是否失败，在这种情况下你可以回到开始并读取新值并再次做出决定。

举个例子，如果我们只想将原子整数的最大值设置为 4（例如，在某种引用计数中），我们可以这样做：

#include <atomic>

static std::atomic<int> refcount = 0;

int val = refcount; // this doesn't need to be in the loop as on failure compare-exchange-strong updates it
while(true)
{
   if(val == 4)
   {
       // there's already 4 refs here, maybe come back later?
       break;
   }

   int toChangeTo = val + 1;
   if(refcount.compare_exchange_weak(val, toChangeTo))
   {
       // we successfully took a ref!
       break;
   }

    // if we fail here, another thread updated the value whilst we were running, just loop back and try again
}

这样的循环通常写为

do{...}while(!refcount.compare_exchange_weak(...));

我们使用

compare_exchange_weak

代替

compare_exchange_strong

。有时这可能会错误地失败，因此您需要循环执行此操作。然而，无论如何我们都有一个循环（一般来说，当你需要处理真正的失败时，你总是会这样做），所以

compare_exchange_weak

在这里很有意义。

在某些 ISA 上，需要一个 asm 循环来实现

compare_exchange_strong

，但不需要

weak

；在 x86 等其他 ISA 上，两者都编译为相同的 asm。只要准备下一次

weak

尝试的代码像本例中那样便宜，就不会使用

compare_exchange_weak

使任何事情变得更糟。