C++ C++；11原子：将它们与内存映射I/O一起使用是否有意义，甚至可能？

据我所知，C

volatile

和可选的内存围栏内联asm已用于在内存映射I/O上实现设备驱动程序。Linux内核中有几个示例

---

如果我们忘记了未捕获异常的风险（如果有的话），用C++11原子替换它们有意义吗？或者，有可能吗？

正如我在阅读参考资料时所理解的那样，

std:：atomic

设计用于管理对内存的多线程访问（并发等）。但正如我所知，正如您所说，

volatile

是为内存映射I/O和信号处理等功能而设计的。因此，

volatile

对原子访问没有影响，如果单独使用，也无法解决原子等多线程访问问题。反之亦然-原子不提供

volatile

的特性

---

因此，您的问题的简短答案是否定的。

一般来说，您可以用原子来替换内存围栏，但不能使用volatile，除非它与专门用于线程间通信的围栏一起使用

关于内存映射I/O，原子不能满足的原因是：

• volatile

  保证对程序中该变量的所有内存访问实际上都会发生，并且它们（在单个线程中）完全按照您指定的顺序发生

• std:：atomic

  仅保证您的程序的行为就像所有这些内存访问都会发生一样（根据C++的内存模型，它不知道内存映射的I/O），并且-取决于指定的内存顺序-就像它们按照指定的顺序发生一样

实际上，这意味着编译器可以（例如）用一次写入（如果其间没有其他同步）替换对同一（非易失性）原子的连续写入，对于读取也是如此。如果不使用读取的结果，它甚至可以完全消除读取（编译器可能仍然需要发出内存障碍）

在更理论的层面上，如果编译器能够证明您的程序所做的一切都是返回42，那么它就可以将其转换为一条指令，而不依赖于您的程序在这个过程中使用了多少线程和原子。如果您的程序使用易失性变量，则情况并非如此

---

<>编辑：例如，显示一些可允许的（可能是意外的）编译器允许应用到原子循环变量的优化。

异常与它有什么关系？一些人，包括莱纳斯TurvDS，在C++中看到异常是它最关键的缺陷之一，尤其是用于编写内核代码。我只是想澄清一下，这样的争论超出了我的问题范围。是的，但是原子学与异常有什么关系？我们可能必须做出工程决定，放弃使用

std:：atomic

，用于内存映射I/O，这通常在内核空间中使用，如果（1）至少有一个方法（间接）抛出异常，并且（2）我们没有一个好的方法在内核代码中管理它。在像Linux这样的单片内核上，我们必须特别小心。无论如何，这超出了我的问题范围。我明白了。据我所知，所有方法都有

noexcept（true）

规范，因此不允许任何异常逃逸。从理论上讲，这不会阻止他们在内部使用异常，但我想不出一个原因，为什么实际的实现会希望这样做（当然，您必须检查标准库实现的文档/代码以确保）。“反之亦然-原子不提供volatile的特性。”你没有提供任何支持此声明的理由。另外，请记住，当我们谈论

std:：atomic

或

volatile

时，它们99.99%的使用仅限于CPU的本机整数，这些整数自然是原子的（如果你有任何非玩具反例，我会感兴趣。）@nodakai-

std:：atomic

不仅仅是关于变量的部分读/写，但也涉及多CPU系统中的缓存一致性。您的

volatile

内存映射I/O可能位于非缓存内存区域，因此完全不同。@BoPersson未缓存MMIO是否会使

std:：atomic

的任何假设无效？你是说效率低下吗？那么，使用

std:：memory\u order\u relaxed

怎么样？@nodakai也可以查看这篇文章@VolAnd，当网站配备搜索功能时，很容易发布一个指向“相关”问答的链接，但不会立即为你的答案增加价值。

std:：atomic

的什么属性使其无法用于MMIO？显然，发出内存屏障（可能伴随

std:：atomic

）不会以任何方式损坏它。（@MikeMB和@marko已经提出了一点。）你可以声称，这可能是真的。但是它必须有一个有效的推理来支持。

std:：atomic

中缺少了

volatile

的什么属性？不假设内存具有传统的加载/存储语义，并且没有其他副作用。在许多内存映射I/O设备中，读取和写入都有副作用（例如，从寄存器读取会取消断言和中断线，或重置其他寄存器）。@MikeMB@marko我明白了，所以尽管使用

void

-返回函数是有意义的，其主体是从MMI/O读取的单个

volatile

，当我们用

std:：atomic:：load

替换它时，即使使用

std:：memory\u order\u seq\u cst

，理论上也可以得到一个真正的NOP——这是正确的吗？@nodakai:差不多。它仍然会发出内存限制（在×86上，编译器限制可能就足够了），但是是的，可以优化实际负载。@MikeMB点，限制（如果有的话）不会