std::atomic 提供线程安全操作，避免数据竞争，适用于多线程下对基本类型的原子读写、递增及比较交换，无需互斥锁即可保证数据一致性，提升性能。1. 可声明如 std::atomic<int> counter(0) 的原子变量，通过 fetch_add 实现线程安全自增；2. 结合 std::thread 使用时，多个线程并发调用 fetch_add 后结果准确，示例中 10 个线程各加 1000 次，最终 total 为 10000；3. 常用方法包括 load、store、fetch_add/sub、exchange 和 compare_exchange_weak/strong，后者可用于实现无锁算法和线程安全初始化；4. 注意仅支持可平凡复制类型，浮点类型操作受限，默认内存序为 memory_order_seq_cst，复杂逻辑仍推荐 mutex。合理使用可减少锁竞争，适用于计数器、状态标志等场景。
在C++11中，std::atomic 提供了一种线程安全的方式来操作共享变量，避免数据竞争。它常用于多线程环境中对基本类型（如 int、bool、指针等）的原子读写、递增、比较交换等操作，无需使用互斥锁（mutex），从而提升性能。
1. std::atomic 的基本用法
声明一个原子变量非常简单，比如定义一个原子整数：
#include <atomic> #include <iostream> std::atomic<int> counter(0); // 原子计数器，初始值为0
你可以安全地在多个线程中对其进行自增操作：
void increment() { for (int i = 0; i < 1000; ++i) { counter.fetch_add(1); // 原子加1 } }
2. 结合 std::thread 实现多线程原子操作
下面是一个完整示例，多个线程同时对同一个 std::atomic<int> 变量进行递增，最终结果是准确的：
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#include <atomic> #include <thread> #include <iostream> #include <vector> std::atomic<int> total(0); void worker(int iterations) { for (int i = 0; i < iterations; ++i) { total.fetch_add(1); } } int main() { std::vector<std::thread> threads; const int num_threads = 10; const int per_thread = 1000; // 启动10个线程 for (int i = 0; i < num_threads; ++i) { threads.emplace_back(worker, per_thread); } // 等待所有线程完成 for (auto& t : threads) { t.join(); } std::cout << "Final count: " << total.load() << std::endl; return 0; }
输出应为：Final count: 10000，说明原子操作保证了数据一致性。
3. 常用原子操作方法
std::atomic 提供多种操作，适用于不同场景：
- load()：原子地读取当前值
- store(val)：原子地写入值
- fetch_add(val) / fetch_sub(val)：原子加减，返回旧值
- exchange(val)：设置新值并返回旧值
- compare_exchange_weak() / compare_exchange_strong()：CAS（Compare-and-Swap），用于实现无锁算法
例如，使用 CAS 实现线程安全的单次初始化：
std::atomic<bool> flag(false); void critical_init() { bool expected = false; if (flag.compare_exchange_strong(expected, true)) { // 只有第一个进入的线程会执行这里 std::cout << "Initializing..." << std::endl; } // 其他线程跳过 }
4. 注意事项与限制
虽然 std::atomic 很方便，但有一些关键点需要注意：
- 仅支持可平凡复制（trivially copyable）的类型，通常为基本类型或简单结构体
- 不支持浮点类型的全部原子操作（部分平台可能不支持 fetch_add 等）
- 原子操作默认使用 memory_order_seq_cst（最严格的内存序），可手动指定更宽松的内存序以提升性能
- 复杂逻辑仍建议使用 mutex，避免过度依赖原子操作导致代码难维护
基本上就这些。合理使用 std::atomic 能有效减少锁竞争，提高多线程程序效率，特别是在计数器、状态标志、轻量级同步等场景下非常实用。