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## C++ Memory Order### 简介在并发编程中，多个线程可能同时访问和修改共享内存，这可能导致数据竞争和不可预期的行为。为了解决这个问题，C++11 引入了原子操作和内存顺序的概念。原子操作保证对共享内存的访问是不可分割的，而内存顺序则定义了不同线程对内存操作的可见性顺序。`std::memory_order` 枚举类型提供了六种不同的内存顺序选项，允许程序员对内存操作进行更精细的控制，从而在保证正确性的前提下提高性能。### 内存顺序模型C++ 使用 happens-before 规则来定义内存操作的可见性顺序。简单来说，如果操作 A happens-before 操作 B，那么操作 A 的结果对操作 B 是可见的。默认情况下，编译器和处理器可以为了优化目的对内存操作进行重排序，只要不违反 happens-before 规则。然而，在某些情况下，我们需要对内存操作的顺序进行更严格的控制，这时候就需要使用 `std::memory_order`。### `std::memory_order` 枚举类型`std::memory_order` 枚举类型定义了以下六种内存顺序选项：1.

`memory_order_relaxed`

: 最宽松的内存顺序。只保证原子操作本身的原子性和顺序性，不施加任何 happens-before 关系，允许编译器和处理器进行最大程度的重排序。 2.

`memory_order_consume`

: 比 relaxed 更强，建立 "consume" 语义，保证依赖于当前原子操作的读取操作不会被重排序到该原子操作之前。 3.

`memory_order_acquire`

: 获取语义，禁止读取操作和后续操作重排序到该获取操作之前。 4.

`memory_order_release`

: 释放语义，禁止写入操作和之前的操作重排序到该释放操作之后。 5.

`memory_order_acq_rel`

: 同时包含 acquire 和 release 语义，用于读-改-写操作。 6.

`memory_order_seq_cst`

: 最严格的内存顺序，保证所有线程看到的内存操作顺序一致，相当于全局 happens-before 关系。### 使用 `std::memory_order``std::memory_order` 可以作为第二个参数传递给原子操作函数，例如 `std::atomic::load` 和 `std::atomic::store`。

示例:

```cpp #include #include std::atomic x(0), y(0);void thread1() {x.store(1, std::memory_order_relaxed); // 原子存储， relaxed 语义y.store(1, std::memory_order_release); // 原子存储， release 语义 }void thread2() {while (y.load(std::memory_order_acquire) == 0); // 原子读取， acquire 语义assert(x.load(std::memory_order_relaxed) == 1); // 原子读取， relaxed 语义 }int main() {std::thread t1(thread1);std::thread t2(thread2);t1.join();t2.join();return 0; } ```在这个例子中:- `thread1` 中 `x.store` 使用 `memory_order_relaxed`，因为它不依赖于其他操作。 - `thread1` 中 `y.store` 使用 `memory_order_release`，保证对 `x` 的写入对 `thread2` 可见。 - `thread2` 中 `y.load` 使用 `memory_order_acquire`，与 `y.store` 配对，建立 happens-before 关系。 - `thread2` 中 `x.load` 可以使用 `memory_order_relaxed`，因为它在 `y.load` 之后，而 `y.load` 已经保证了 `x` 的可见性。### 选择合适的内存顺序选择合适的内存顺序需要权衡正确性和性能。- `memory_order_seq_cst` 提供最强的保证，但性能开销最大。 - `memory_order_relaxed` 性能最好，但只适用于特定情况。 - 其他内存顺序则介于两者之间，需要根据具体情况进行选择。一般来说，建议从 `memory_order_seq_cst` 开始，然后逐步尝试使用更弱的内存顺序，直到找到最佳的平衡点。### 总结理解 C++ 内存模型和 `std::memory_order` 是编写高效且正确的并发程序的关键。正确使用内存顺序可以避免数据竞争，并提高程序的性能。然而，过度使用强内存顺序可能会导致性能下降，因此需要谨慎选择合适的内存顺序。

C++ Memory Order

简介在并发编程中，多个线程可能同时访问和修改共享内存，这可能导致数据竞争和不可预期的行为。为了解决这个问题，C++11 引入了原子操作和内存顺序的概念。原子操作保证对共享内存的访问是不可分割的，而内存顺序则定义了不同线程对内存操作的可见性顺序。`std::memory_order` 枚举类型提供了六种不同的内存顺序选项，允许程序员对内存操作进行更精细的控制，从而在保证正确性的前提下提高性能。

内存顺序模型C++ 使用 happens-before 规则来定义内存操作的可见性顺序。简单来说，如果操作 A happens-before 操作 B，那么操作 A 的结果对操作 B 是可见的。默认情况下，编译器和处理器可以为了优化目的对内存操作进行重排序，只要不违反 happens-before 规则。然而，在某些情况下，我们需要对内存操作的顺序进行更严格的控制，这时候就需要使用 `std::memory_order`。

`std::memory_order` 枚举类型`std::memory_order` 枚举类型定义了以下六种内存顺序选项：1. **`memory_order_relaxed`**: 最宽松的内存顺序。只保证原子操作本身的原子性和顺序性，不施加任何 happens-before 关系，允许编译器和处理器进行最大程度的重排序。 2. **`memory_order_consume`**: 比 relaxed 更强，建立 "consume" 语义，保证依赖于当前原子操作的读取操作不会被重排序到该原子操作之前。 3. **`memory_order_acquire`**: 获取语义，禁止读取操作和后续操作重排序到该获取操作之前。 4. **`memory_order_release`**: 释放语义，禁止写入操作和之前的操作重排序到该释放操作之后。 5. **`memory_order_acq_rel`**: 同时包含 acquire 和 release 语义，用于读-改-写操作。 6. **`memory_order_seq_cst`**: 最严格的内存顺序，保证所有线程看到的内存操作顺序一致，相当于全局 happens-before 关系。

使用 `std::memory_order``std::memory_order` 可以作为第二个参数传递给原子操作函数，例如 `std::atomic::load` 和 `std::atomic::store`。**示例:**```cpp

include

include std::atomic x(0), y(0);void thread1() {x.store(1, std::memory_order_relaxed); // 原子存储， relaxed 语义y.store(1, std::memory_order_release); // 原子存储， release 语义 }void thread2() {while (y.load(std::memory_order_acquire) == 0); // 原子读取， acquire 语义assert(x.load(std::memory_order_relaxed) == 1); // 原子读取， relaxed 语义 }int main() {std::thread t1(thread1);std::thread t2(thread2);t1.join();t2.join();return 0; } ```在这个例子中:- `thread1` 中 `x.store` 使用 `memory_order_relaxed`，因为它不依赖于其他操作。 - `thread1` 中 `y.store` 使用 `memory_order_release`，保证对 `x` 的写入对 `thread2` 可见。 - `thread2` 中 `y.load` 使用 `memory_order_acquire`，与 `y.store` 配对，建立 happens-before 关系。 - `thread2` 中 `x.load` 可以使用 `memory_order_relaxed`，因为它在 `y.load` 之后，而 `y.load` 已经保证了 `x` 的可见性。

选择合适的内存顺序选择合适的内存顺序需要权衡正确性和性能。- `memory_order_seq_cst` 提供最强的保证，但性能开销最大。 - `memory_order_relaxed` 性能最好，但只适用于特定情况。 - 其他内存顺序则介于两者之间，需要根据具体情况进行选择。一般来说，建议从 `memory_order_seq_cst` 开始，然后逐步尝试使用更弱的内存顺序，直到找到最佳的平衡点。

总结理解 C++ 内存模型和 `std::memory_order` 是编写高效且正确的并发程序的关键。正确使用内存顺序可以避免数据竞争，并提高程序的性能。然而，过度使用强内存顺序可能会导致性能下降，因此需要谨慎选择合适的内存顺序。