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atomic_compare_exchange_weak函数

概要：

#include <stdatomic.h>
bool atomic_compare_exchange_weak(volatile A *object,
      C *expected, C desired);

描述：

该泛型函数原子地比较参数object指向原子对象的内存内容与参数expected指向对象的内存内容是否相等。如果相等，将使用参数desired的内存内容替换参数object指向原子对象的内存内容；如果不相等，将使用参数object指向原子对象的内存内容更新参数expected指向对象的内存内容。该操作是原子的读-修改-写操作。

（注：该操作常用于实现无锁数据结构或者自旋锁。该操作是CAS操作（Compare-And-Swap操作）；CAS操作提供了一种非阻塞的同步机制，允许线程在不加锁的情况下安全地修改共享变量。）

该函数可能会出现伪失败（fail spuriously）；即使参数object指向原子对象的内存内容与参数expected指向对象的内存内容相等时，该函数仍可能返回false，并将最初存在的相同内存内容存储回参数expected。这种伪失败可以在更广泛的机器上实现比较和交换操作，例如：LL/SC机（load_locked store_conditional machines）。

伪失败的结果是几乎所有atomic_compare_exchange_weak函数的使用都在一个循环中，例如：

expected = atomic_load(&object);
do{
    desired = function(expected);
}while(!atomic_compare_exchange_weak(&object, &expected, desired));

当比较和交换操作在循环中时，atomic_compare_exchange_weak函数和atomic_compare_exchange_weak_explicit函数在某些平台上具有更好的性能。

当使用atomic_compare_exchange_weak函数或者atomic_compare_exchange_weak_explicit函数需要循环，但使用atomic_compare_exchange_strong函数或者atomic_compare_exchange_strong_explicit函数不需要循环时，这种情况下atomic_compare_exchange_strong函数和atomic_compare_exchange_strong_explicit函数更可取。

ISO/IEC 9899标准未指定atomic_compare_exchange_weak是宏还是具有外部链接的标识符。如果为访问实际函数而抑制宏定义，或者程序定义了与atomic_compare_exchange_weak同名的外部标识符，其行为是未定义的。

参数：

volatile A *object

指向原子类型对象的指针。

C *expected

指向对应的非原子类型对象的指针。

C desired

对应的非原子类型对象。

返回值：

函数返回比较结果；如果参数object指向原子对象的内存内容与参数expected指向对象的内存内容相等，函数返回true；如果参数object指向原子对象的内存内容与参数expected指向对象的内存内容不相等，函数返回false。

范例：

/*函数atomic_compare_exchange_weak范例*/

#ifdef __STDC_NO_ATOMICS__
#error "Implementation does not support atomic types."
#endif

#ifdef __STDC_NO_THREADS__
#error "Implementation does not support multi-threads."
#endif

#include <stdatomic.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <threads.h>

#define COUNT 10000
#define SIZE 3

atomic_int aNumber;

/*在新线程中执行的函数。*/
int func(void *arg)
{
    for(int i=0; i<COUNT; ++i)
    {
        int before;
        int after;
        
        before = atomic_load(&aNumber);
        do
        {
            after = before + *((int *)arg);
        }while(!atomic_compare_exchange_weak(&aNumber, &before, after));
    }
    
    return 0;
}

int main(void)
{
    thrd_t threadId[SIZE];
    int data[SIZE] = {2, 3, 4};
    atomic_init(&aNumber, 0);

    /*创建线程。*/
    for(int i=0; i<SIZE; ++i)
    {
        if(thrd_create((threadId+i), func, (data+i)) != thrd_success)
        {
            perror("thrd_create");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }

    /*连接线程。*/
    for(int i=0; i<SIZE; ++i)
    {
        thrd_join(threadId[i], NULL);
    }

    printf("aNumber: %d\n", atomic_load(&aNumber));
    
    return 0;
}

输出：

aNumber: 90000

atomic_store	写入原子对象值的函数。
atomic_load	读取原子对象值的函数。
atomic_exchange	读取并替换原子对象值的函数。
atomic_compare_exchange_strong	根据比较结果，更新值的函数。
atomic_compare_exchange_weak_explicit	根据比较结果，更新值的函数。