C++内存模型

前言：

C++新标准坤引入了新的线程感知的内存模型。

内存模型精确的定义了基础构建单元应当如何运转。

多数人会忽略内存模型，因为平时只需要借助互斥保护数据并采用条件变量、future、线程闩、线程卡来触发信号，就足以将多线程运用自如。

只有当我们尽力“贴近计算机底层硬件”，内存模型的精确细节的重要作用才会彰显。

原子类型及其操作提供了底层同步操作的功能，其常常只需要一两条CPU指令即可实现。

1. 内存模型基础

内存模型关键：基本结构和并发。

基本结构：整个程序在内存中的布局。它对并发很重要，尤其是在分析底层原子操作的时候。

基本结构 = 对象 + 内存区域。

1.1 对象和内存区域

C++程序的数据全部都由对象构成。对象存放在内存区域，访问对象即是访问内存区域。

位域（bit-field）也叫位段。所谓"位域"，实际上就是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。其主要优点当然就是节省内存了~

struct data {
    int i;
    double d;
    int bf1:25;
    int bf2:0;
    int i2;
    char c1,c2;
    std::string str;
}

1.2 并发与对象

并发中的竞争，是由于改成共享数据（对象和其内存区域）产生的。要避免竞争就必须强制线程按照一定的顺序来访问。这个顺序是可以固定不变的（必须先读再写，写完再读）也可以是随着软件的运行而间隔轮换变换访问的次序。

访问次序的实现有两种方法：一种互斥，通过锁定相关互斥来保证每次仅有一个线程访问内存区域。另一种是原子操作的同步性质，在目标内存区域采用原子操作，强制两个线程遵从一定的访问次序。

1.3 改动序列

必须先读再写，写完再读。

只要某线程看到过某个对象，则该线程的后续读操作必须获取相对新的值，并且，该线程的后续写操作，必然出现在改动序列后方，先更新值再去写。

在程序内容，对于同一个对象，全部线程都必须就其形成相同的改动序列，并且在所有的对象上都要求如此，多个对象上的改动序列只是相对关系，线程之间不必达成一致。