c++ - std::atomic 与自身交换时是原子操作吗？

Question

下面的代码会自动执行吗？

const int oldId = id.exchange((id.load()+1) % maxId);

哪里id是 std::atomic<int> ，和maxId是某个整数值。

我在 google 和 stackoverflow 上搜索了 std::atomic模增量。我找到了一些主题，但找不到如何正确执行此操作的明确答案。

就我而言，更好的是使用:

const int newId = id.exchange((++id) % maxId);

但我仍然不确定它是否会自动执行。

Answer 1

不，这不是原子的，因为 load() 和 exchange() 是单独的操作，并且没有什么可以阻止 id在加载之后、交换之前获取更新。在这种情况下，您的交换将写入一个基于过时输入计算出的值，因此您最终会错过更新。

您可以使用简单的compare_exchange循环实现模增量:

int val = id.load();
int newVal = (val + 1) % maxId;
while (!id.compare_exchange_weak(val, newVal) {
  newVal = (val + 1) % maxId;
}

如果compare_exchange失败，它会执行重新加载并使用更新后的值填充val。所以我们可以重新计算newVal并重试。

编辑:

比较交换循环的重点是处理加载和比较交换之间有人可能更改id的情况。这个想法是:

1. 加载id的当前值
2. 计算新值
3. 当且仅当当前存储在 id 中的值与我们在 1 中读取的值相同时，用我们自己的值更新 id。如果是这种情况，我们就完成了，否则我们从 1 重新开始。

compare_exchange 允许我们在一个原子操作中执行比较和条件更新。 compare_exchange 的第一个参数是预期值(我们在比较中使用的值)。该值通过引用传递。因此，当比较失败时，compare_exchange会自动重新加载当前值并更新提供的变量(在我们的例子中为val)。

由于 Peter Cordes 正确地指出这可以在 do-while 循环中完成以避免代码重复，所以它是:

int val = id.load();
int newVal;
do {
  newVal = (val + 1) % maxId;
} while (!id.compare_exchange_weak(val, newVal);