原子型別

 

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宣告

指標

陣列

enum

struct

union

位域

原子型別 (C11)

const

constexpr (C23)

volatile

restrict (C99)

對齊說明符

儲存期和連結

外部和暫定定義

typedef

靜態斷言

屬性 (C23)

 

語法

_Atomic ( type-name )	(1)	(C11 起)
_Atomic type-name	(2)	(C11 起)

1) 用作型別說明符；這指定一個新的原子型別

2) 用作型別限定符；這指定 type-name 的原子版本。在此作用下，它可以與 const、volatile 和 restrict 混合使用，但與其他限定符不同，type-name 的原子版本可能具有不同的尺寸、對齊方式和物件表示。

型別名稱

-

除陣列或函式以外的任何型別。對於 (1)，type-name 也不能是原子型別或 cvr 限定的

標頭檔案 <stdatomic.h> 定義了許多便利的類型別名，從 atomic_bool 到 atomic_uintmax_t，它們簡化了此關鍵字與內建型別和庫型別的使用。

_Atomic const int* p1;  // p is a pointer to an atomic const int
const atomic_int* p2;   // same
const _Atomic(int)* p3; // same

如果編譯器定義了宏常量 __STDC_NO_ATOMICS__，則不提供關鍵字 _Atomic。

解釋

原子型別物件是唯一不受資料競爭影響的物件；也就是說，它們可以由兩個執行緒併發修改，或者由一個執行緒修改並由另一個執行緒讀取。

每個原子物件都有其自己的相關修改順序，這是對該物件所做的修改的完全排序。如果從某個執行緒的角度來看，對某個原子 M 的修改 A 先於對同一原子 M 的修改 B 發生，則在 M 的修改順序中，A 出現在 B 之前。

請注意，儘管每個原子物件都有其自己的修改順序，但沒有單一的完全順序；不同的執行緒可能以不同的順序觀察對不同原子物件的修改。

所有原子操作都保證有四種一致性：

1. 寫-寫一致性：如果修改原子物件 M 的操作 A 先於修改 M 的操作 B 發生，則 A 在 M 的修改順序中出現在 B 之前。
2. 讀-讀一致性：如果原子物件 M 的值計算 A 先於 M 的值計算 B 發生，並且 A 從 M 上的副作用 X 獲取其值，則 B 計算出的值要麼是 X 儲存的值，要麼是 M 上的副作用 Y 儲存的值，其中 Y 在 M 的修改順序中出現在 X 之後。
3. 讀-寫一致性：如果原子物件 M 的值計算 A 先於對 M 的操作 B 發生，則 A 從 M 上的副作用 X 獲取其值，其中 X 在 M 的修改順序中出現在 B 之前。
4. 寫-讀一致性：如果原子物件 M 上的副作用 X 先於 M 的值計算 B 發生，則評估 B 從 X 或從在 M 的修改順序中出現在 X 之後的副作用 Y 獲取其值。

一些原子操作也是同步操作；它們可能具有額外的釋放語義、獲取語義或順序一致語義。參見 memory_order。

內建的增量和減量運算子以及複合賦值是具有完全順序一致排序（如同使用 memory_order_seq_cst）的讀-改-寫原子操作。如果需要較不嚴格的同步語義，則可以使用標準庫函式。

原子屬性僅對左值表示式有意義。左值到右值轉換（它模擬從原子位置到 CPU 暫存器的記憶體讀取）會剝離原子性以及其他限定符。

注意

訪問原子結構體/聯合體的成員是未定義行為。

庫型別 sig_atomic_t 不提供執行緒間同步或記憶體排序，只提供原子性。

volatile 型別不提供執行緒間同步、記憶體排序或原子性。

建議實現確保 C 中 _Atomic(T) 的表示與 C++ 中 std::atomic<T> 的表示對於每種可能的型別 T 都相同。用於確保原子性和記憶體排序的機制應該相容。

關鍵字

_Atomic

示例

執行此程式碼

#include <stdatomic.h>
#include <stdio.h>
#include <threads.h>
 
atomic_int acnt;
int cnt;
 
int f(void* thr_data)
{
    for (int n = 0; n < 1000; ++n)
    {
        ++cnt;
        ++acnt;
        // for this example, relaxed memory order is sufficient, e.g.
        // atomic_fetch_add_explicit(&acnt, 1, memory_order_relaxed);
    }
    return 0;
}
 
int main(void)
{
    thrd_t thr[10];
    for (int n = 0; n < 10; ++n)
        thrd_create(&thr[n], f, NULL);
    for (int n = 0; n < 10; ++n)
        thrd_join(thr[n], NULL);
 
    printf("The atomic counter is %u\n", acnt);
    printf("The non-atomic counter is %u\n", cnt);
}

可能的輸出

The atomic counter is 10000
The non-atomic counter is 8644

參考文獻

• C23 標準 (ISO/IEC 9899:2024)

• 6.7.2.4 原子型別說明符 (p: TBD)

• 7.17 原子操作 <stdatomic.h> (p: TBD)

• C17 標準 (ISO/IEC 9899:2018)

• 6.7.2.4 原子型別說明符 (p: 87)

• 7.17 原子 <stdatomic.h> (p: 200-209)

• C11 標準 (ISO/IEC 9899:2011)

• 6.7.2.4 原子型別說明符 (p: 121)

• 7.17 原子操作 <stdatomic.h> (p: 273-286)

另請參見

併發支援庫

C++ 文件 針對 atomic