c++ - 为什么在 C++ 中使用 std::atomic<double>、std::atomic<float> 时，compare_exchange_strong 会失败？

Question

我正在阅读《C++ 并发实践》第 5 章。 本章说，

Note that although you can use std::atomic<float> or std::atomic<double>, because the built-in floating point types do satisfy the criteria for use with memcpy and memcmp, the behavior may be surprising in the case of compare_exchange_strong. The operation may fail even though the old stored value was equal in value to the comparand, if the stored value had a different representation. Note that there are no atomic arithmetic operations on floating-point values. You’ll get similar behavior with compare_exchange_strong if you use std::atomic<> with a user-defined type that has an equality-comparison operator defined, and that operator differs from the comparison using memcmp—the operation may fail because the otherwise-equal values have a different representation.

但我不明白为什么会这样。

1. 如果float和double可以使用memcpy和memcmp，那么做compare_exchange_strong这样的原子操作有什么问题呢？

2. 我也无法使用compare_exchange_weak？

3. 上一段中，“差异表示”是什么意思？

Answer 1

IEEE-754 float 使用有符号/数值格式来确定尾数的符号。也就是说，有一个符号位，然后有代表正数的位。如果设置了符号位，则该数字被解释为负数。

当然，如果所有数字(和指数)位均为 0，并且设置了符号位，则将产生“数字”-0.0。就现实世界的人类数学而言，不存在“负0”。所以从逻辑上讲，这样的数字应该被视为相当于+0.0。普通的浮点比较逻辑正是这样做的。但这两个等值(value)以不同的二进制表示形式存储；一个已设置符号位；另一个没有。

因此，如果您对两个浮点值的二进制表示进行比较(这是 atomic_compare_* 操作将执行的操作)，那么 -0.0 将不会被视为等于 +0.0。

在其他情况下，IEEE-754 相等性测试可能会出错，但这是最容易解释的一种情况。