5.2.1 标准原子类型

标准原子类型(atomic types)可以在头文件中找到。所有在这种类型上的操作都是原子的，虽然可以使用互斥量去达到原子操作的效果，但只有在这些类型上的操作是原子的(语言明确定义)。实际上，标准原子类型都很相似：它们(大多数)都有一个is_lock_free()成员函数，这个函数允许用户决定是否直接对一个给定类型使用原子指令(x.is_lock_free()返回true)，或对编译器和运行库使用内部锁(x.is_lock_free()返回false)。

只用std::atomic_flag类型不提供is_lock_free()成员函数。这个类型是一个简单的布尔标志，并且在这种类型上的操作都需要是无锁的(lock-free)；当你有一个简单无锁的布尔标志是，你可以使用其实现一个简单的锁，并且实现其他基础的原子类型。当你觉得“真的很简单”时，就说明：在 std::atomic_flag 对象明确初始化后，做查询和设置(使用test_and_set() 成员函数)，或清除(使用clear()成员函数)都很容易。这就是：无赋值，无拷贝，没有测试和清除，没有其他任何操作。

剩下的原子类型都可以通过特化std::atomic<>类型模板而访问到，并且拥有更多的功能，但可能不都是无锁的(如之前解释的那样)。在最流行的平台上，期望原子变量都是无锁的内置类型(例如 std::atomic<int>和std::atomic<void*>)，但这没有必要。你在后面将会看到，每个特化接口所反映出的类型特点；位操作(如&=)就没有为普通指针所定义，所以它也就不能为原子指针所定义。

除了直接使用std::atomic<>类型模板外，你可以使用在表5.1中所示的原子类型集。由于历史原因，原子类型已经添加入C++标准中，这些备选类型名可能参考相应的std::atomic<>特化类型，或是特化的基类。在同一程序中混合使用备选名与std::atomic<>特化类名，会使代码的移植大打折扣。

表5.1 标准原子类型的备选名和与其相关的 std::atomic<> 特化类

原子类型	相关特化类
atomic_bool	std::atomic<bool>
atomic_char	std::atomic<char>
atomic_schar	std::atomic<signed char>
atomic_uchar	std::atomic<unsigned char>
atomic_int	std::atomic<int>
atomic_uint	std::atomic<unsigned>
atomic_short	std::atomic<short>
atomic_ushort	std::atomic<unsigned short>
atomic_long	std::atomic<long>
atomic_ulong	std::atomic<unsigned long>
atomic_llong	std::atomic<long long>
atomic_ullong	std::atomic<unsigned long long>
atomic_char16_t	std::atomic<char16_t>
atomic_char32_t	std::atomic<char32_t>
atomic_wchar_t	std::atomic<wchar_t>

C++标准库不仅提供基本原子类型，还定义了与原子类型对应的非原子类型，就如同标准库中的 std::size_t 。如表5.2所示这些类型:

表5.2 标准原子类型定义(typedefs)和对应的内置类型定义(typedefs)

原子类型定义	标准库中相关类型定义
atomic_int_least8_t	int_least8_t
atomic_uint_least8_t	uint_least8_t
atomic_int_least16_t	int_least16_t
atomic_uint_least16_t	uint_least16_t
atomic_int_least32_t	int_least32_t
atomic_uint_least32_t	uint_least32_t
atomic_int_least64_t	int_least64_t
atomic_uint_least64_t	uint_least64_t
atomic_int_fast8_t	int_fast8_t
atomic_uint_fast8_t	uint_fast8_t
atomic_int_fast16_t	int_fast16_t
atomic_uint_fast16_t	uint_fast16_t
atomic_int_fast32_t	int_fast32_t
atomic_uint_fast32_t	uint_fast32_t
atomic_int_fast64_t	int_fast64_t

好多种类型！不过，它们有一个相当简单的模式；对于标准类型进行typedef T，相关的原子类型就在原来的类型名前加上atomic_的前缀：atomic_T。除了singed类型的缩写是s， unsigned的缩写是u，和long long的缩写是llong之外，这种方式也同样适用于内置类型。对于 std::atomic<T> 模板，使用对应的T类型去特化模板的方式，要好于使用别名的方式。

通常，标准原子类型是不能拷贝和赋值，他们没有拷贝构造函数和拷贝赋值操作。但是，因为可以隐式转化成对应的内置类型，所以这些类型依旧支持赋值，可以使用load()和store()成员函数，exchange()、compare_exchange_weak()和compare_exchange_strong()。它们都支持复合赋值符：+=, -=, *=, |= 等等。并且使用整型和指针的特化类型还支持 ++ 和 --。当然，这些操作也有功能相同的成员函数所对应：fetch_add(), fetch_or() 等等。返回值通过赋值操作返回，并且成员函数不是对值进行存储(在有赋值符操作的情况下)，就是对值进行操作(在命名函数中)。这就能避免赋值操作符返回引用。为了获取存储在引用的的值，代码需要执行单独的读操作，从而允许另一个线程在赋值和读取进行的同时修改这个值，这也就为条件竞争打开了大门。

std::atomic<> 类模板不仅仅是一套特化的类型，其作为一个原发模板也可以使用用户定义类型创建对应的原子变量。因为，它是一个通用类模板，很多成员函数的操作在这种情况下有所限制：load(), store()(赋值和转换为用户类型), exchange(), compare_exchange_weak()和 compare_exchange_strong()。

每种函数类型的操作都有一个可选内存排序参数，这个参数可以用来指定所需存储的顺序。在5.3节中，会对存储顺序选项进行详述。现在，只需要知道操作分为三类：

1）Store操作，可选如下顺序：memory_order_relaxed, memory_order_release, memory_order_seq_cst。

2）Load操作，可选如下顺序：memory_order_relaxed, memory_order_consume,memory_order_acquire, memory_order_seq_cst。

3）Read-modify-write(读-改-写)操作，可选如下顺序：memory_order_relaxed, memory_order_consume, memory_order_acquire, memory_order_release, memory_order_acq_rel, memory_order_seq_cst。所有操作的默认顺序都是memory_order_seq_cst。

现在，让我们来看一下每个标准原子类型进行的操作，就从 std::atomic_flag 开始吧。

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