没有真正理解 std::atomic::compare_exchange_weak 和compare_exchange_strong 的逻辑

Question

我读过https://en.cppreference.com/w/cpp/atomic/atomic/compare_exchange

以原子方式将 *this 的对象表示形式 (C++20 之前) 值表示形式 (C++20 起) 与预期的表示形式进行比较，如果它们按位相等，则将前者替换为所需的（执行读取-修改-写入操作） ）。否则，将 *this 中存储的实际值加载到预期中（执行加载操作）。

据我了解，代码如下

bool expected=true;
extern atomic<bool> b = false; 
void foo ()
{
//
    while(!b.compare_exchange_weak(expected, false));
//
}

循环运行一次后（忽略虚假失败）它将失败，并将写入预期false，因此在第二次迭代时，compare_exchange_weak将返回成功，尽管b尚未更改为true。但这一切有什么意义呢？我虽然可以用它作为同步锁，等待其他线程更改b，但现在我想不出它的用法。

cppreference 中的示例还表明，两次调用compare_exchange_strong 后将会成功。

#include <atomic>
#include <iostream>
 
std::atomic<int>  ai;
 
int  tst_val= 4;
int  new_val= 5;
bool exchanged= false;
 
void valsout()
{
    std::cout << "ai= " << ai
          << "  tst_val= " << tst_val
          << "  new_val= " << new_val
          << "  exchanged= " << std::boolalpha << exchanged
          << "\n";
}
 
int main()
{
    ai= 3;
    valsout();
 
    // tst_val != ai   ==>  tst_val is modified
    exchanged= ai.compare_exchange_strong( tst_val, new_val );
    valsout();
 
    // tst_val == ai   ==>  ai is modified
    exchanged= ai.compare_exchange_strong( tst_val, new_val );
    valsout();
}

结果：

ai= 3  tst_val= 4  new_val= 5  exchanged= false
ai= 3  tst_val= 3  new_val= 5  exchanged= false
ai= 5  tst_val= 3  new_val= 5  exchanged= true

Answer 1

std::atomic::compare_exchange_weak以线程感知的方式执行此英语任务：

因为变量成立expected，所以它现在应该成立desired。

作为一项微不足道的任务，想象一下您的价值std::atomic<int> x应该平方。但其他线程可能正在修改它，因此您不能简单地读取该值，对其求平方并将新值写回。读完后数值可能会改变！

这是执行此任务的线程安全方法。您可以保证存储的值将被替换为它的平方。

int expected = x;
while( !x.compare_exchange_weak(expected, expected*expected) );

除非该值已更改，否则此代码将自动替换expected为其平方。

如果该值已更改，expected则现在使用新值进行更新，并且代码会再次尝试。