1、标准原子类型

标准原子类型的定义位于头文件<atomic>内。原子操作的关键用途是取代需要互斥的同步方式，但假设原子操作本身也在内部使用了互斥，就很可能无法达到期望的性能提升。有三种方法来判断一个原子类型是否属于无锁数据结构：

• 所有标准原子类型（std::atomic_flag除外，因为它必须采取无锁操作）都具有成员函数is_lock_free()，若它返回true则表示给定类型上的操作是能由原子指令直接实现的，若返回false则表示需要借助编译器和程序库的内部锁来实现。
• C++程序库提供了一组宏：ATOMIC_BOOL_LOCK_FREE、ATOMIC_CHAR_LOCK_FREE、ATOMIC_CHAR16_T_LOCK_FREE、ATOMIC_CHAR32_T_LOCK_FREE、ATOMIC_WCHAR_T_LOCK_FREE、ATOMIC_SHORT_LOCK_FREE、ATOMIC_INT_LOCK_FREE、ATOMIC_LONG_LOCK_FREE、ATOMIC_LLONG_LOCK_FREE、ATOMIC_POINTER_LOCK_FREE。宏取值为0表示对应的std::atomic<>特化类型从来都不属于无锁结构，取值为1表示运行时才能确定是否属于无锁结构，取值为2表示它一直属于无锁结构。
• 从C++17开始，全部原子类型都含有一个静态常量表达式成员变量X::is_always_lock_free，功能与上述那些宏相同，用于在编译期判定一个原子类型是否属于无锁结构。当且仅当在所有支持运行该程序的硬件上，原子类型X全都以无锁结构形式实现，该成员变量的值才为true。

除了std::atomic_flag，其余原子类型都是通过模板std::atomic<>特化得到的。由内建类型特化得到的原子类型，其接口反映出自身性质，例如C++标准没有为普通指针定义位运算（如&=），所以不存在专为原子化指针而定义的位运算。一些内建类型的std::atomic<>特化如下表：

原子类型的别名	对应的特化
atomic_bool	std::atomic<bool>
atomic_char	std::atomic<char>
atomic_schar	std::atomic<signed char>
atomic_uchar	std::atomic<unsigned char>
atomic_int	std::atomic<int>
atomic_uint	std::atomic<unsigned>
atomic_short	std::atomic<short>
atomic_ushort	std::atomic<unsigned short>
atomic_long	std::atomic<long>
atomic_ulong	std::atomic<unsigned long>
atomic_llong	std::atomic<long long>
atomic_ullong	std::atomic<unsigned long long>
atomic_char16_t	std::atomic<char16_t>
atomic_char32_t	std::atomic<char32_t>
atomic_wchar_t	std::atomic<wchar_t>

原子类型对象无法复制，也无法赋值，但可以接受内建类型赋值，也支持隐式地转换成内建类型。需要注意的是：按照C++惯例，赋值操作符通常返回一个引用，指向接受赋值的目标对象；而原子类型的赋值操作符不返回引用，而是按值返回（该值属于对应的非原子类型）。

2、原子操作

各种原子类型上可以执行的操作如下表所示：

操作	atomic_flag	atomic<bool>	atomic<T*>	整数原子类型	其它原子类型
test_and_set	Y
clear	Y
is_lock_free		Y	Y	Y	Y
load		Y	Y	Y	Y
store		Y	Y	Y	Y
exchange		Y	Y	Y	Y
compare_exchange_weak, compare_exchange_strong		Y	Y	Y	Y
fetch_add, +=			Y	Y
fetch_sub, -=			Y	Y
fetch_or, |=				Y
fetch_and, &=				Y
fetch_xor, ^=				Y
++, --			Y	Y

2.1、操作std::atomic_flag

std::atomic_flag是最简单的标准原子类型，表示一个布尔标志，它只有两种状态：成立或置零。std::atomic_flag对象必须由宏ATOMIC_FLAG_INIT初始化，它把标志初始化为置零状态，例如：std::atomic_flag f = ATOMIC_FLAG_INIT;。如果不进行初始化，则std::atomic_flag对象的状态是未指定的。std::atomic_flag有两个成员函数：

• clear()：将标志清零。
• test_and_set()：获取旧值并设置标志成立。

使用std::atomic_flag实现一个自旋锁的示例如下：

class spinlock_mutex
{
    std::atomic_flag flag;
public:
    spinlock_mutex() : flag(ATOMIC_FLAG_INIT) {}
    void lock()
    {
        while (flag.test_and_set());
    }
    void unlock()
    {
        flag.clear();
    }
};

2.2、操作std::atomic<bool>

相比于std::atomic_flag，std::atomic<bool>是一个功能更齐全的布尔标志。尽管它也无法拷贝构造或拷贝赋值，但还是能依据非原子布尔量创建其对象，也能接受非原子布尔量的赋值：

std::atomic<bool> b(true);
b = false;

store()是存储操作，可以向原子对象写入值。load()是载入操作，可以读取原子对象的值。exchange()是“读-改-写”操作，它获取原有的值，然后用自行选定的新值作为替换。

std::atomic<bool> b;
bool x = b.load();
b.store(true);
x = b.exchange(false);

compare_exchange_weak()与compare_exchange_strong()被称为“比较-交换”操作，它们的作用是：使用者给定一个期望值，原子变量将它和自身的值进行比较，如