C++11的atomic原子变量是否基于volatile和CAS实现？

核心结论先行：C++11 标准中的std::atomic并未采用 volatile 搭配 CAS 的实现方案，其实现逻辑和 Java 的AtomicInteger有本质区别，具体如下： #

实现机制 #

std::atomic的具体实现由编译器结合目标硬件平台决定，C++标准仅约束其原子性、内存序等对外语义，常见实现逻辑分为两类：

• 对长度符合平台原生原子访问要求的基础类型（比如x86平台下32位/64位整型），编译器会直接生成单周期原子读写指令，无需额外的CAS操作，就能保证变量访问的原子性。
• 对无法通过单指令完成的原子操作（比如比较交换、原子增减），或是超过平台原生原子访问长度的自定义类型原子变量，分两种实现：
  • 大部分场景调用底层硬件提供的原子原语实现：比如x86架构下带lock前缀的cmpxchg指令、ARM架构下的LDXR/STXR独占访问指令对，来完成CAS逻辑；
  • 对部分超大尺寸的自定义类型，也可能采用内部加锁的方式实现原子性，不使用CAS。

为什么不用volatile实现？ #

C++中的volatile和原子操作的语义完全无关，根本无法满足std::atomic的要求：

C++标准规定volatile仅用于禁止编译器对变量访问做优化，要求每次读写都直接操作内存，既不保证操作的原子性，也不提供多线程并发场景下的内存屏障语义。

和Java中内置了内存屏障语义的volatile不同，C++的volatile设计初衷是用来处理内存映射IO、寄存器访问这类嵌入式场景，和多线程并发没有关系，因此std::atomic的实现完全不会用到volatile关键字。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者expoter