原子操作和无锁编程

C++11 开始，线程正式加入标准库，并且一同加入了 <atomic> 无锁编程库。使用原子操作并不代表真的没有互斥锁，无锁编程也不代表真的不用互斥锁进行编程。原子的基本思想是通过尽可能小（有锁或者无锁）的标志，代替对大块数据进行互斥，从而避免死锁和长时间等待。

std::atomic 模板提供了将任意类型包装为原子类型的能力，但是有着一定的要求：

主 std::atomic 模板需要类型 T 满足以下概念（任何若下列任何值为 false 则程序为谬构）：

• std::is_trivially_copyable<T>::value
• std::is_copy_constructible<T>::value
• std::is_move_constructible<T>::value
• std::is_copy_assignable<T>::value
• std::is_move_assignable<T>::value

标准库内置了四大类型的特化：整数，浮点，指针，布尔，并且前三种种类型都有自己独有的特化成员函数进行数学运算，对于所有 std::atomic 的特化，都有如下成员函数：

• operator= 存储值于原子对象
• is_lock_free 检查原子对象是否免锁
• store 原子以非原子对象替换原子对象的值
• load 原子获得原子对象的值
• operator T 从原子对象加载值，等价于 load
• exchange 原子替换原子对象的值并获得它先前持有的值
• compare_exchange_weak compare_exchange_strong 原子比较原子对象与非原子参数的值，若相等则进行交换，若不相等则进行加载
• wait 阻塞线程直至被提醒且原子值更改
• notify_one 提醒至少一个在原子对象上的等待中阻塞的线程
• notify_all 提醒所有在原子对象上的等待中阻塞的线程

对于每个操作，都可以选择不同的 memory_order，某些 memory_order 不能用于某些特定操作。

例如：load 函数是获得操作，那么就不允许使用 release 以及 acq_rel(acquire_release) 顺序；store 是释放操作，那么就不允许 acquire，acq_rel，consume 顺序。

对于整数还有如下特化成员函数：

• fetch_add 原子将参数加到存储于原子对象的值，并返回先前保有的值
• fetch_sub 原子从存储于原子对象的值减去参数，并获得先前保有的值
• fetch_and 原子进行参数和原子对象的值的逐位与，并获得先前保有的值
• fetch_or 原子进行参数和原子对象的值的逐位或，并获得先前保有的值
• fetch_xor 原子进行参数和原子对象的值的逐位异或，并获得先前保有的值
• operator++ operator++(int) 原子自增
• operator-- operator--(int) 原子自减
• operator+= 原子加法
• operator-= 原子减法
• operator&= 原子位于
• operator|= 原子位或
• operator^= 原子位异或

浮点数：

• fetch_add 原子将参数加到存储于原子对象的值，并返回先前保有的值
• fetch_sub 原子从存储于原子对象的值减去参数，并获得先前保有的值
• operator+= 原子加法
• operator-= 原子减法

指针：

• fetch_add 原子将参数加到存储于原子对象的值，并返回先前保有的值
• fetch_sub 原子从存储于原子对象的值减去参数，并获得先前保有的值
• operator++ operator++(int) 原子自增
• operator-- operator--(int) 原子自减
• operator+= 原子加法
• operator-= 原子减法