5.2.2 std::atomic_flag的相关操作

std::atomic_flag 是最简单的标准原子类型，它表示了一个布尔标志。这个类型的对象可以在两个状态间切换：设置和清除。它就是那么的简单，只作为一个构建块存在。我从未期待这个类型被使用，除非在十分特别的情况下。正因如此，它将作为讨论其他原子类型的起点，因为它会展示一些原子类型使用的通用策略。

std::atomic_flag 类型的对象必须被ATOMIC_FLAG_INIT初始化。初始化标志位是“清除”状态。这里没得选择；这个标志总是初始化为“清除”：

std::atomic_flag f = ATOMIC_FLAG_INIT;

这适用于任何对象的声明，并且可在任意范围内。它是唯一需要以如此特殊的方式初始化的原子类型，但它也是唯一保证无锁的类型。如果 std::atomic_flag 是静态存储的，那么就得保证其是静态初始化的，也就意味着没有初始化顺序问题；在首次使用时，其都需要初始化。

当你的标志对象已初始化，那么你只能做三件事情：销毁，清除或设置(查询之前的值)。这些事情对应的函数分别是：clear()成员函数，和test_and_set()成员函数。clear()和 test_and_set()成员函数可以指定好内存顺序。clear()是一个存储操作，所以不能有memory_order_acquire或memory_order_acq_rel语义，但是test_and_set()是一个“读-改- 写”操作，所有可以应用于任何内存顺序标签。每一个原子操作，默认的内存顺序都是 memory_order_seq_cst。例如：

f.clear(std::memory_order_release); // 1

bool x = f.test_and_set(); // 2

这里，调用clear()①明确要求，使用释放语义清除标志，当调用test_and_set()②使用默认内存顺序设置表示，并且检索旧值。

你不能拷贝构造另一个std::atomic_flag对象；你也不能将一个对象赋予另一个std::atomic_flag 对象。这并不是 std::atomic_flag 特有的，而是所有原子类型共有的。一个原子类型的所有操作都是原子的，因赋值和拷贝调用了两个对象，这就就破坏了操作的原子性。在这样的情况下，拷贝构造和拷贝赋值都会将第一个对象的值进行读取，然后再写入另外一个。对于两个独立的对象，这里就有两个独立的操作了，合并这两个操作必定不是原子的。因此，操作就不被允许。

有限的特性集使得 std::atomic_flag 非常适合于作自旋互斥锁。初始化标志是“清除”，并且互斥量处于解锁状态。为了锁上互斥量，循环运行test_and_set()直到旧值为false，就意味着这个线程已经被设置为true了。解锁互斥量是一件很简单的事情，将标志清除即可。实现如下面的程序清单所示：

清单5.1 使用 std::atomic_flag 实现自旋互斥锁

class spinlock_mutex
{std::atomic_flag flag;public:spinlock_mutex() : flag(ATOMIC_FLAG_INIT){}void lock(){while(flag.test_and_set(std::memory_order_acquire));}void unlock(){flag.clear(std::memory_order_release);}
};

这样的互斥量是最最基本的，但是它已经足够 std::lock_guard<> 使用了(详见第3章)。其本质就是在lock()中等待，所以这里几乎不可能有竞争的存在，并且可以确保互斥。当我们看到内存顺序语义时，你将会看到它们是如何对一个互斥锁保证必要的强制顺序的。这个例子将在 5.3.6节中展示。

由于 std::atomic_flag 局限性太强，因为它没有非修改查询操作（注：c++20以后才新增test()函数，对atomic_flag状态无修改的只读访问函数），它甚至不能像普通的布尔标志那样使用。所以，你最好使用std::atomic<bool> ，接下来让我们看看应该如何使用它。

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