c++ - 原子指令和原子类型

Question

有没有我可以默认读取、修改或原子比较的类型？或者我应该为所有操作的所有类型显式使用原子操作吗？

Answer 1

是的，如果您需要原子性，您应该始终使用原子类型或原子操作。从来没有什么不同。

在形式上，默认情况下，没有非原子类型提供任何类型的原子访问。实际上，对于当前的 CPU，任何内置类型都可以原子方式读取和写入(但不能修改)。但是，这不是您可以保证的，绝对不是您应该依赖的。这只是一个实现细节。
当前 CPU 上的所有读取和写入都通过缓存。只有完整的缓存行(通常大约 64-128 字节)可以从主内存中读取或写回，并且缓存行是最大内置类型大小的倍数。这意味着如果一个类型正确对齐，它必然包含在单个缓存行中，这会自动使其读取或写入成为原子。但是，修改一个值是一个读取-修改-写入操作，这意味着即使每个步骤本身都是原子的，整个操作也不是。

原子性不仅仅是能够原子地读取(或修改)一个值，例如，您可能需要正确性的顺序保证。即使读取和写入是原子的，如果修改没有按照您预期的顺序被不同的处理器看到，您的代码也不会正常工作。允许编译器和 CPU(在一些合理的限制内)重新排序指令，包括加载和存储。但是，这可能意味着您的代码将无法正确执行。

因此，原子操作有一个与之关联的“内存模型”，它允许您提供有关线程之间以及相关或不相关数据之间所需的先行发生保证的附加信息。查看GCC Wiki以获得对每种模式的良好描述。
默认情况下，原子操作选择顺序一致模型，这是最安全且限制最严格的模式。如果您知道您不需要某些保证，您可以选择不同的模型，这可能(或可能不会，取决于架构)导致生成更高性能的代码。
内存模型的好处在于，它们将实现细节、架构特性和编译器巫术抽象为一种描述您的算法要求的形式，并保证满足这些要求。

通常，编译器将能够使用正常的非原子机器指令，并且仍然保证满足您的要求(它可能不得不放弃一个或另一个重新排序)。这取决于目标硬件如何工作的实际细节以及您需要什么保证。
总而言之，使用原子和内存模型不仅比在低级别手动使用它(内联汇编程序)更舒适，而且更不容易出错，它也可能是性能最高的方法。