C 11 内存模型如何确保可预测的多线程行为？

C 11 的标准化内存模型：揭示底层细节

简介

C 11 通过引入标准化内存模型彻底改变了 C 编程。该模型为开发具有可预测行为的多线程应用程序提供了坚实的基础，无论使用什么平台或编译器。

目的和好处

C 11 内存模型允许程序员可以在理论抽象机上推理代码执行，确保跨不同系统的可移植性。它还定义了访问共享内存的规则，使程序员可以控制线程如何与处理器内存交互。

与多线程的交互

C 11 内存模型与多线程支持紧密相连。通过在多线程环境中显式定义内存行为，程序员可以编写保证按预期运行的代码，即使多个线程同时访问共享数据也是如此。

低级详细信息

C 11 内存模型引入了以下低级内容概念：

• 顺序一致性： 加载和存储似乎按照每个线程中代码中指定的顺序发生。线程之间的操作可以是交错的。
• 原子性：加载和存储是不可分割的；
• 内存排序：程序员可以使用 memory_order_relaxed、memory_order_release 和 memory_order_acquire 类型显式指定内存操作的顺序。

使用案例

C 11 内存模型提供了几种用例：

• 确保原子性和顺序：std::atomic 类型可以强制原子性和顺序如果需要一致性。
• 轻松订购性能：当原子性足够但排序不重要时，可以使用memory_order_relaxed放宽内存排序以提高性能。
• 排序特定的加载和存储：memory_order_release和memory_order_acquire可用于在负载之间强制执行特定顺序

实际注意事项

虽然 C 11 内存模型提供了强大的工具，但明智地使用它们也很重要。对于大多数场景，内置的互斥体和条件变量更方便并且提供足够的性能。然而，对于低级代码优化，理解内存模型至关重要。

结论

C 11 标准化内存模型彻底改变了 C 中的多线程编程。它提供了对多线程环境中内存访问的深入理解，使程序员能够编写可移植、高效且可预测的代码。通过利用原子性、内存排序和顺序一致性，程序员可以充分利用多线程的强大功能，而不会影响正确性。

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