目錄
std::atomic ::compare_exchange_weak?和?std::atomic ::compare_exchange_strong?
核心原理
函數簽名
核心區別
典型用法
1.?compare_exchange_weak（循環內重試）
2.?compare_exchange_strong（單次嘗試）
底層機制
總結
std::atomic<T>::compare_exchange_weak?和?std::atomic<T>::compare_exchange_strong?
核心原理
這兩個函數都是?原子比較-交換（Compare-and-Swap, CAS）?操作，屬于無鎖編程的基礎操作。其偽代碼邏輯如下：
bool compare_exchange(T& expected, T desired) {if (atomic_value == expected) {atomic_value = desired; // 交換成功return true;} else {expected = atomic_value; // 更新 expected 為當前值return false;}
}關鍵點：整個操作是原子的（不可中斷），用于實現無鎖數據結構（如隊列、棧）。
函數簽名
bool compare_exchange_weak(T& expected, T desired, memory_order success = memory_order_seq_cst,memory_order failure = memory_order_seq_cst);bool compare_exchange_strong(T& expected, T desired,memory_order success = memory_order_seq_cst,memory_order failure = memory_order_seq_cst);-
expected：傳入期望值，失敗時會被更新為原子變量的當前值。 -
desired：交換成功時設置的目標值。 -
內存序：
success（成功時的內存序）和?failure（失敗時的內存序）。
核心區別
| 特性 | compare_exchange_weak | compare_exchange_strong |
|---|---|---|
| 虛假失敗 | 可能（即使值相等也返回?false） | 不可能（僅在值不相等時失敗） |
| 性能 | 更高（某些平臺減少重試開銷） | 稍低（保證嚴格比較） |
| 適用場景 | 循環內重試（如自旋鎖） | 單次嘗試或無循環場景 |
| 硬件依賴 | 在 ARM/PowerPC 等平臺可能虛假失敗 | 所有平臺行為一致 |
典型用法
1.?compare_exchange_weak（循環內重試）
std::atomic<int> val(10);
int expected = val.load(); // 獲取當前值do {int desired = expected * 2; // 計算新值// 弱版本允許虛假失敗，需配合循環
} while (!val.compare_exchange_weak(expected, desired));-
適用場景：自旋鎖、無鎖隊列等需反復重試的操作。
2.?compare_exchange_strong（單次嘗試）
std::atomic<bool> flag(false);
bool expected = false;// 僅嘗試一次，強版本保證無虛假失敗
if (flag.compare_exchange_strong(expected, true)) {// 成功獲取鎖
} else {// 已被其他線程修改
}-
適用場景：單次檢查或無需重試的邏輯。
底層機制
-
弱版本：
某些硬件（如 ARM）的 CAS 操作可能因緩存一致性協議（如 MESI）或線程調度導致虛假失敗，但硬件實現更高效。 -
強版本：
在弱版本基礎上封裝循環，直到成功或真實失敗：
bool compare_exchange_strong(...) {while (!compare_exchange_weak(...)) {if (atomic_value != expected) break; // 真實失敗退出}
}總結
| 場景 | 推薦函數 |
|---|---|
| 循環內重試（如自旋鎖） | compare_exchange_weak |
| 單次嘗試或無循環邏輯 | compare_exchange_strong |
| 需最高性能（低競爭環境） | weak?+ 循環 |
| 需代碼簡潔性 | strong（避免手動重試） |
最佳實踐：
在循環中優先使用?weak（如實現無鎖棧/隊列），非循環場景用?strong。例如：
// 無鎖棧的 push 操作
void push(Node* new_node) {Node* old_head = head.load();do {new_node->next = old_head;} while (!head.compare_exchange_weak(old_head, new_node));
}
