c++ 原子操作（atomic）

一. 一个简单的例子

看以下代码：

#include 
#include 
#include 
#include 

int i = 0;
const int max_iter = 1000000;

void mythread()
{
    for (int j = 0; j < max_iter; j++)
    {
        i++;  //线程同时操作变量
    }
}

int main() {
    auto begin = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::thread t1(mythread);
    std::thread t2(mythread);
    t1.join();
    t2.join();
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::cout << "i=" << i << std::endl;

    std::cout << "time: "
              << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - begin).count() * 1e-6
              << "s"
              << std::endl; //秒计时

    return 0;
}
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对应的CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.18)
project(smart_ptr)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)

add_executable(smart_ptr main.cpp)


SET(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "$ENV{CXXFLAGS} -O0 -Wall -g -ggdb -std=c++11 -pthread")
SET(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "$ENV{CXXFLAGS} -O3 -Wall -std=c++11 -pthread")
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运行结果：

i=120352
time: 0.000658s
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怎么回事，结果竟然不是200000？

二. 填坑（加锁）

i++这一条程序在计算机中是分几个机器指令来执行的，先把i值赋值给eax寄存器，eax寄存器自加1，然后再把eax寄存器值赋值回i，如果在指令执行过程中发生了线程调度，那么这一套完整的i++指令操作被打断，会发生结果错乱。
想到的解决方法是加锁，看下面的代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int i = 0;
const int max_iter = 100000;
std::mutex mut;

void mythread()
{
    for (int j = 0; j < max_iter; j++)
    {
        mut.lock();  // 加锁操作
        i++;  //线程同时操作变量
        mut.unlock();
    }
}

int main() {
    auto begin = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::thread t1(mythread);
    std::thread t2(mythread);
    t1.join();
    t2.join();
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::cout << "i=" << i << std::endl;

    std::cout << "time: "
              << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - begin).count() * 1e-6
              << "s"
              << std::endl; //秒计时

    return 0;
}
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运行结果：

i=200000
time: 0.010806s
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结果对了，但是耗时好像增加了。

三. 优化（原子操作）

所谓原子操作，就是多线程程序中“最小的且不可并行化的”操作。对于在多个线程间共享的一个资源而言，这意味着同一时刻，多个线程中有且仅有一个线程在对这个资源进行操作，即互斥访问。

#include 
#include 
#include 
#include 


std::atomic<int>i(0);   // std::atomic_int32_t i(0);  原子操作的另一种写法
const int max_iter = 100000;

void mythread()
{
    for (int j = 0; j < max_iter; j++)
    {
        i++;  //线程同时操作变量
    }
}

int main() {
    auto begin = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::thread t1(mythread);
    std::thread t2(mythread);
    t1.join();
    t2.join();
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::cout << "i=" << i << std::endl;

    std::cout << "time: "
              << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - begin).count() * 1e-6
              << "s"
              << std::endl; //秒计时

    return 0;
}
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运行结果：

i=200000
time: 0.003898s
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哈哈，结果正确，运行速度提升了3倍，不错！

四.采坑记录

刚开始编译的时候报错：对‘pthread_create’未定义的引用
原来多线程要在CMakeLists.txt的最后加上两句指令：

SET(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "$ENV{CXXFLAGS} -O0 -Wall -g -ggdb -std=c++11 -pthread")
SET(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "$ENV{CXXFLAGS} -O3 -Wall -std=c++11 -pthread")
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总结：用原子操作可以保证结果的正确性，并且运行效率比加锁的效率高！！！