c++的std::atomic_flag怎么用_c++最简单的原子类型与自旋锁

技术教程
2025-12-06 12:37:26

std::atomic_flag是C++中最简单的原子布尔类型，仅支持置位和清除两种状态，初始为清除状态，通过ATOMIC_FLAG_INIT静态初始化，提供test_and_set()和clear()两个原子操作，常用于实现自旋锁，如多线程中通过while循环等待锁释放，适用于临界区短的场景，避免长时间自旋导致CPU浪费，C++17起默认初始化即为清除状态。

std::atomic_flag 是 C++ 中最简单的原子类型，它只有两个状态：置位（true）和清除（false），初始时通常处于清除状态。它不支持拷贝构造和赋值，只能通过 ATOMIC_FLAG_INIT 进行静态初始化。由于其操作是无锁的（lock-free），常用于实现自旋锁（spinlock）等低层同步机制。

基本用法与接口

std::atomic_flag 提供两个主要操作：

test_and_set()：原子地将标志设为 true，并返回它之前的值。
clear()：原子地将标志设为 false。

这两个操作保证是原子的，因此可在多线程环境中安全使用。

实现一个简单的自旋锁

利用 std::atomic_flag 可以轻松实现一个非递归的自旋锁：

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#include <atomic>
#include <thread>
#include <iostream>

std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;

void critical_section() {
    while (lock.test_and_set()) { 
        // 自旋等待，直到锁可用
    }
    
    // 进入临界区
    std::cout << "Thread " << std::this_thread::get_id() 
              << " in critical section.\n";
    
    // 模拟一些工作
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    
    // 释放锁
    lock.clear();
}

多个线程调用 critical_section() 时，只会有一个线程进入临界区，其余线程会在 test_and_set() 处自旋等待，直到锁被 clear()。