C++原子操作与内存序 1

问题

c++ 复制代码
#include<iostream>
#include<thread>
int main()
{
	int sum = 0;
	auto f = [&sum]() {
		for (int i = 0; i < 10000; i++)
			sum += 1;
	};
	std::thread t1(f);
	std::thread t2(f);

	t1.join();
	t2.join();
	std::cout << "the sum of 2 threads is: " << sum << std::endl;
	std::cin.get();
	return 0;
}

这个程序只是简单的通过两个线程对同一个变量进行累加10000次,正常不管线程执行的先后顺序,结果都应该是20000才对,可实际输出结果如图所示,程序的输出3次的结果都不一样,不一定是预期的20000;

分析

对于+1操作,具体执行可以分为3个操作,如下图所示:

可以看出问题发生在两个线程写的时候,如线程1刚写完,线程2继续写,则丢失一次加法。所以得出的值往往小于20000。

解决

可以通过std::mutex加锁对变量操作进行保护,有没有不用锁也能实现的呢?C++中提供了原子操作可以实现这一目标。

代码如下:

C++ 复制代码
	std::atomic<int> sum1 = 0;
	auto f1 = [&sum1]() {
		for (int i = 0; i < 10000; i++)
			sum1+=1;
	};

	std::thread t3(f1);
	std::thread t4(f1);

	t3.join();
	t4.join();
	std::cout << "the sum of 2 threads with atomic is: " << sum1 << std::endl;

输出如下:

可以看出未原子化的sum仍然是每次结果不尽相同,而原子化的sum1每次结果都为20000。

所谓原子操作指的是不可分割的操作,可以理解为只能编译成一条单独的CPU执行指令,不可以再分解,C++中,基本通过原子类型来实现原子操作。这种原子类型为std::atomic<T>,其中模板参数T为基本的数据类型,如bool,char,int,指针等。

程序中将sum1原子化,并调用+=操作符(已重载为原子操作),之前分解的3步成了不可分割的1步,所以不会出现两个线程同时已经进入写的状态,进而能保证累加结果的正确。

注意事项

  • 若累加操作改为sum1=sum1+1,就不是原子操作了,结果与sum没有差别

int型++/+=是原子操作fetch_add()的重载,类似的还有fetch_sub()/fetch_and/fetch_or()/fetch_xor()

相关推荐
招摇的一半月亮5 小时前
P2242 公路维修问题
数据结构·c++·算法
f***01936 小时前
CC++链接数据库(MySQL)超级详细指南
c语言·数据库·c++
合方圆~小文6 小时前
球型摄像机作为现代监控系统的核心设备
java·数据库·c++·人工智能
椰萝Yerosius7 小时前
[题解]2024CCPC郑州站——Z-order Curve
c++·算法
滨HI010 小时前
C++ opencv简化轮廓
开发语言·c++·opencv
学习路上_write11 小时前
FREERTOS_互斥量_创建和使用
c语言·开发语言·c++·stm32·单片机·嵌入式硬件
闻缺陷则喜何志丹12 小时前
【SOSDP模板 容斥原理 逆向思考】3757. 有效子序列的数量|分数未知
c++·算法·力扣·容斥原理·sosdp·逆向思考
BestOrNothing_201512 小时前
一篇搞懂 C++ 重载:函数重载 + 运算符重载,从入门到会用(含 ++、<<、== 实战)
c++·函数重载·运算符重载·operator·前置后置++·重载与重写
2501_9411444212 小时前
Python + C++ 异构微服务设计与优化
c++·python·微服务
程序猿编码13 小时前
PRINCE算法的密码生成器:原理与设计思路(C/C++代码实现)
c语言·网络·c++·算法·安全·prince