C ++ 11引入了標準化的內(nèi)存模型。這是什么意思？它將如何影響C ++編程？C ++ 11引入了標準化的內(nèi)存模型，但究竟是什么意思呢？它將如何影響C ++編程？這篇文章（引用Herb Sutter的Gavin Clarke）說，內(nèi)存模型意味著C ++代碼現(xiàn)在有一個標準化的庫可以調(diào)用，無論是誰編譯器以及它運行的平臺。有一種標準方法可以控制不同線程與處理器內(nèi)存的對話方式。“當你談論在標準中的不同內(nèi)核之間分割[代碼]時，我們正在談論內(nèi)存模型。我們將優(yōu)化它，而不會破壞人們將在代碼中做出的以下假設(shè)，” Sutter說。好吧，我可以在網(wǎng)上記住這個和類似的段落（因為我從出生以來就擁有自己的記憶模型：P），甚至可以發(fā)布作為其他人提出的問題的答案，但說實話，我并不完全明白這個。C ++程序員以前用于開發(fā)多線程應用程序，那么如果它是POSIX線程，Windows線程或C ++ 11線程，它又如何重要呢？有什么好處？我想了解低級細節(jié)。我也覺得C ++ 11內(nèi)存模型與C ++ 11多線程支持有某種關(guān)系，因為我經(jīng)常將這兩者結(jié)合在一起。如果是，究竟是怎么回事？他們?yōu)槭裁匆嚓P(guān)？由于我不知道多線程的內(nèi)部工作原理以及內(nèi)存模型的含義，請幫助我理解這些概念。:-)
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慕勒3428872
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首先，你必須學會像語言律師那樣思考。
C ++規(guī)范不引用任何特定的編譯器，操作系統(tǒng)或CPU。它引用了一個抽象機器，它是實際系統(tǒng)的概括。在語言律師的世界里，程序員的工作就是為抽象機器編寫代碼; 編譯器的工作是在具體機器上實現(xiàn)該代碼。通過嚴格按照規(guī)范進行編碼，無論是今天還是50年后，您都可以確定您的代碼無需在具有兼容C ++編譯器的任何系統(tǒng)上進行編譯和運行。
C ++ 98 / C ++ 03規(guī)范中的抽象機器基本上是單線程的。所以不可能編寫相對于規(guī)范“完全可移植”的多線程C ++代碼。該規(guī)范甚至沒有說明內(nèi)存加載和存儲的原子性或加載和存儲可能發(fā)生的順序，更不用說像互斥體這樣的東西了。
當然，您可以在實踐中為特定的具體系統(tǒng)編寫多線程代碼 - 例如pthreads或Windows。但是沒有標準的方法來為C ++ 98 / C ++ 03編寫多線程代碼。
C ++ 11中的抽象機器是設(shè)計多線程的。它還有一個定義明確的內(nèi)存模型 ; 也就是說，它說明了在訪問內(nèi)存時編譯器可能會做什么，也可能不會做什么。
請考慮以下示例，其中兩個線程同時訪問一對全局變量：
Global int x, y;Thread 1 Thread 2x = 17; cout << y << " ";y = 37; cout << x << endl;
線程2可能輸出什么？
在C ++ 98 / C ++ 03下，這甚至不是Undefined Behavior; 問題本身毫無意義，因為標準沒有考慮任何稱為“線程”的東西。
在C ++ 11下，結(jié)果是Undefined Behavior，因為加載和存儲通常不需要是原子的。這可能看起來不是很大的改善......而且它本身并非如此。
但是使用C ++ 11，你可以這樣寫：
Global atomic<int> x, y;Thread 1 Thread 2x.store(17); cout << y.load() << " ";y.store(37); cout << x.load() << endl;
現(xiàn)在情況變得更有趣了。首先，定義了此處的行為。線程2現(xiàn)在可以打印0 0（如果它在線程1之前運行），37 17（如果它在線程1之后運行），或者0 17（如果它在線程1分配給x但在它分配給y之前運行）。
它無法打印的是37 0，因為C ++ 11中原子加載/存儲的默認模式是強制執(zhí)行順序一致性。這只意味著所有加載和存儲必須“好像”它們按照您在每個線程中編寫它們的順序發(fā)生，而線程之間的操作可以交錯，但系統(tǒng)喜歡。因此，atomics的默認行為為加載和存儲提供了原子性和排序。
現(xiàn)在，在現(xiàn)代CPU上，確保順序一致性可能很昂貴。特別是，編譯器可能會在每次訪問之間發(fā)出完整的內(nèi)存屏障。但是，如果您的算法可以容忍無序的加載和存儲; 即，如果它需要原子性而不是訂購; 即，如果它可以容忍37 0這個程序的輸出，那么你可以這樣寫：
Global atomic<int> x, y;Thread 1 Thread 2x.store(17,memory_order_relaxed); cout << y.load(memory_order_relaxed) << " ";y.store(37,memory_order_relaxed); cout << x.load(memory_order_relaxed) << endl;
CPU越現(xiàn)代，就越有可能比前一個例子更快。
最后，如果您只需要按順序保持特定的加載和存儲，您可以編寫：
Global atomic<int> x, y;Thread 1 Thread 2x.store(17,memory_order_release); cout << y.load(memory_order_acquire) << " ";y.store(37,memory_order_release); cout << x.load(memory_order_acquire) << endl;
這將我們帶回有序的加載和存儲 - 因此37 0不再是可能的輸出 - 但它以最小的開銷實現(xiàn)了這一點。（在這個簡單的例子中，結(jié)果與完整的順序一致性相同;在較大的程序中，它不會。）
當然，如果您想要查看的唯一輸出是0 0或者37 17，您可以在原始代碼周圍包裝互斥鎖。但是如果你已經(jīng)讀過這篇文章了，我打賭你已經(jīng)知道它是如何工作的，這個答案已經(jīng)比我預想的要長:-)。
所以，底線。互斥體很棒，C ++ 11將它們標準化。但有時出于性能原因，您需要較低級別的基元（例如，經(jīng)典的雙重檢查鎖定模式）。新標準提供了高級小工具，如互斥鎖和條件變量，它還提供低級小工具，如原子類型和各種內(nèi)存屏障。因此，現(xiàn)在您可以完全使用標準指定的語言編寫復雜的高性能并發(fā)例程，并且可以確定您的代碼將在今天的系統(tǒng)和未來的系統(tǒng)上編譯和運行。
雖然坦率地說，除非您是專家并且正在處理一些嚴重的低級代碼，否則您應該堅持使用互斥鎖和條件變量。這就是我打算做的事情。
有關(guān)這些內(nèi)容的更多信息，請參閱此博客文章。
長風秋雁
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這是一個多年前的問題，但是非常受歡迎，值得一提的是學習C ++ 11內(nèi)存模型的絕佳資源。我認為總結(jié)他的演講是沒有意義的，以便再做一個完整的答案，但鑒于這是實際編寫標準的人，我認為值得觀看談話。
Herb Sutter有一個長達3個小時的關(guān)于C ++ 11內(nèi)存模型的討論，名為“atomic <> Weapons”，可在Channel9網(wǎng)站上找到 - 第1 部分和第2部分。這個講座非常技術(shù)性，涵蓋以下主題：
優(yōu)化，種族和記憶模型
訂購 - 什么：獲取和發(fā)布
訂購 - 如何：互斥鎖，原子和/或柵欄
編譯器和硬件的其他限制
代碼和性能：x86 / x64，IA64，POWER，ARM
輕松的原子論
談話沒有詳細說明API，而是關(guān)于推理，背景，幕后和幕后（您是否知道輕松的語義被添加到標準中只是因為POWER和ARM不能有效地支持同步加載？）。
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