前面我们讲了C++11下的多线程及相关操作，这些操作在绝大多数情况下应该够用了。但在某些极端场合，如需要高性能的情况下，我们还需要一些更高效的同步手段。本节介绍的原子操作是一种lock free的操作，不需要同步锁，具有很高的性能。在化学中原子不是可分割的最小单位，引申到编程中，原子操作是不可打断的最低粒度操作，是线程安全的。C++11中原子类提供的成员函数都是原子的，是线程安全的。
原子操作中最简单的莫过于atomic_flag，只有两种操作：test and set、clear。我们的原子操作就从这种类型开始。
1. std::atomic_flag
C++11中所有的原子类都是不允许拷贝、不允许Move的，atomic_flag也不例外。atomic_flag顾名思议，提供了标志的管理，标志有三种状态：clear、set和未初始化状态。
1.1 atomic_flag实例化
缺省情况下atomic_flag处于未初始化状态。除非初始化时使用了ATOMIC_FLAG_INIT宏，则此时atomic_flag处于clear状态。
1.2 std::atomic_flag::clear
调用该函数将会把atomic_flag置为clear状态。clear状态您可以理解为bool类型的false，set状态可理解为true状态。clear函数没有任何返回值:
void clear(memory_order m = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;
void clear(memory_order m = memory_order_seq_cst) noexcept;
对于memory_order我们会在后面的章节中详细介绍它，现在先列出其取值及简单释义
| 序号 | 值 | 意义 |
|---|---|---|
| 1 | memory_order_relaxed | 宽松模型，不对执行顺序做保证 |
| 2 | memory_order_consume | 当前线程中,满足happens-before原则。 当前线程中该原子的所有后续操作,必须在本条操作完成之后执行 |
| 3 | memory_order_acquire | 当前线程中,读操作满足happens-before原则。 所有后续的读操作必须在本操作完成后执行 |
| 4 | memory_order_release | 当前线程中,写操作满足happens-before原则。 所有后续的写操作必须在本操作完成后执行 |
| 5 | memory_order_acq_rel | 当前线程中，同时满足memory_order_acquire和memory_order_release |
| 6 | memory_order_seq_cst | 最强约束。全部读写都按顺序执行 |
1.3 test_and_set
该函数会检测flag是否处于set状态，如果不是，则将其设置为set状态，并返回false；否则返回true。
test_and_set是典型的read-modify-write(RMW)模型，保证多线程环境下只被设置一次。下面代码通过10个线程，模拟了一个计数程序，第一个完成计数的会打印"win"。
#include <atomic> // atomic_flag
#include <iostream> // std::cout, std::endl
#include <list> // std::list
#include <thread> // std::thread
void race(std::atomic_flag &af, int id, int n) {
for (int i = 0; i < n; i++) {
}
// 第一个完成计数的打印：Win
if (!af.test_and_set()) {
printf("%s[%d] win!!!\n", __FUNCTION__, id);
}
}
int main() {
std::atomic_flag af = ATOMIC_FLAG_INIT;
std::list<std::thread> lstThread;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
lstThread.emplace_back(race, std::ref(af), i + 1, 5000 * 10000);
}
for (std::thread &thr : lstThread) {
thr.join();
}
return 0;
}
程序输出如下(每次运行，可能率先完成的thread不同):
race[7] win!!!
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