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std::atomic＜bool＞与bool的区别

ds 2025/5/8 10:01:31

1. 根本区别

特性	`std::atomic<bool>`	普通 `bool`
原子性	✅ 保证读/写是原子操作	❌ 不保证原子性
内存顺序	✅ 可控制内存访问顺序	❌ 无保证
线程安全	✅ 多线程读写安全	❌ 需要额外同步
编译器优化屏障	✅ 阻止不安全的指令重排	❌ 无屏障作用

2. 为什么普通 bool 不够？

(1) 撕裂问题 (Tearing)

在32+位系统上，bool 可能被编译器优化为位域操作
非原子操作可能导致部分写入（如同时读写时看到半旧半新的值）

(2) 内存可见性问题

// 线程A
should_exit = true;  // 普通bool写入可能缓存在CPU核心本地缓存// 线程B
while(!should_exit) { /*...*/ }  // 可能永远看不到线程A的修改

(3) 指令重排风险

// 编译器/CPU可能重排指令
init_resources();
should_exit = false;  // 普通bool可能被重排到init_resources()之前

3. `std::atomic<bool>` 的保障

(1) 硬件级原子性

x86: 通过 LOCK 前缀指令保证总线锁定
ARM: 使用 LDREX/STREX 指令实现原子操作

(2) 内存顺序控制

std::atomic<bool> flag{false};// 线程A
flag.store(true, std::memory_order_release);// 线程B
while(!flag.load(std::memory_order_acquire)) { /*...*/ }

(3) 编译器屏障

阻止跨原子变量的指令重排：

// 保证顺序性
a = 1;
flag.store(true);  // 编译器不会将这两行调换顺序
b = 2;

4. 性能对比

操作	x86-64 (ns/op)
普通 `bool` 写	~0.3
`atomic<bool>` 写	~5-20
带内存屏障的原子写	~20-100

5. 何时可以用普通 bool？

仅在以下场景可安全使用：

单线程环境
多线程只读不写
已有其他同步机制（如互斥锁保护）

6. 最佳实践示例

(1) 退出标志

std::atomic<bool> should_exit{false};// 控制线程
void ctrl_thread() {std::cin.get();  // 等待输入should_exit.store(true);
}// 工作线程
void worker_thread() {while(!should_exit.load()) {// 处理任务}
}

(2) 双重检查锁定

std::atomic<bool> initialized{false};
std::mutex mtx;void lazy_init() {if(!initialized.load(std::memory_order_acquire)) {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);if(!initialized) {init_resources();initialized.store(true, std::memory_order_release);}}
}