1、原子操作
原子操作（atomic operation）指的是由多步操作組成的一個操作。如果該操作不能原子地執行，則要么執行完所有步驟，要么一步也不執行，不可能只執行所有步驟的一個子集。
現代操作系統中，一般都提供了原子操作來實現一些同步操作，所謂原子操作，也就是一個獨立而不可分割的操作。在單核環境中，一般的意義下原子操作中線程不會被切換，線程切換要么在原子操作之前，要么在原子操作完成之后。更廣泛的意義下原子操作是指一系列必須整體完成的操作步驟，如果任何一步操作沒有完成，那么所有完成的步驟都必須回滾，這樣就可以保證要么所有操作步驟都未完成，要么所有操作步驟都被完成。
例如在單核系統里，單個的機器指令可以看成是原子操作（如果有編譯器優化、亂序執行等情況除外）；在多核系統中，單個的機器指令就不是原子操作，因為多核系統里是多指令流並行運行的，一個核在執行一個指令時，其他核同時執行的指令有可能操作同一塊內存區域，從而出現數據競爭現象。多核系統中的原子操作通常使用內存柵障（memory barrier）來實現，即一個CPU核在執行原子操作時，其他CPU核必須停止對內存操作或者不對指定的內存進行操作，這樣才能避免數據競爭問題。
在C++11之前，C++標准中並沒有對原子操作進行規定。vs和gcc編譯器提供了原子操作的api。
2、windows原子操作api
Win32 API中常用的原子操作主要有三類，一種是加1減1操作，一種是比較交換操作，另外一種是賦值（寫）操作。
（1）原子加1減1操作
LONG InterlockedIncrement( LONG volatile* Addend);
LONG InterlockedDecrement( LONG volatile* Addend);
（2） 比較並交換操作
LONG InterlockedCompareExchange( LONG volatile*Destination, LONG Exchange, LONG Comperand );
這個操作是先將Comperand的值和Destination指向變量的值進行比較，如果相等就將Exchange變量的值賦給Destination指向的變量。返回值為未修改前的Destination位置的初始值。
（3）原子寫操作
LONG InterlockedExchange( LONG volatile* Target, LONG Value);
InterlockedExchange的作用為將Value的值賦給Target指向的變量，返回Target指向變量未被賦值前的值。
3、GCC編譯器提供的原子操作API
type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value);
type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value);
type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value);
type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value);
type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value);
type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value);
type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value);
4、C++11提供的原子操作
C++11中在<atomic>中定義了atomic模板類，atomic的模板參數類型可以為int、long、bool等等，C++中稱為trivially copyable type。atomic_int、atomic_long為atomic模板實例化后的宏定義。atomic具體的原子操作函數可以參考http://www.cplusplus.com/reference/atomic/atomic/?kw=atomic。
5、原子操作的效率
（1）不加鎖也不使用原子變量的程序
程序代碼：
（2）加鎖的程序
程序代碼：
3.使用C++11原子變量的程序
程序代碼和輸出：
（4）結論
上面的第一個不加鎖程序肯定是最不推薦使用的，因為它的執行結果都不正確。第二個程序是使用的常規鎖來解決問題，結果正確，但是耗時較久。第三個程序使用的是C++11引入的原子數據類型，使用它程序結果正確，在運行速度上也比加鎖的版本快很多。所以，在我們平常寫程序的過程中，推薦使用C++11引入的原子變量。
6、什么時候使用原子操作
在多線程並發的條件下，所有不是原子性的操作需要保證原子性時，都需要進行原子操作處理。
例：
long count = 0;
void func()
{
count++;
}
如果有n個線程同時執行這段代碼，所有線程執行完后，count的值不一定等於n。因為count++不是一個原子操作，編譯成匯編代碼，如下所示：
MOV eax, [count]
INC eax
MOV [count], eax
在cpu執行時
第一步，先將 count所在內存的值加載到寄存器；
第二步，將寄存器的值自增1；
第三步，將寄存器中的值寫回內存。
所以當第一個線程將count值加載到寄存器，並完成自增1，這時寄存器中的值為2，如果此時cpu調度將此線程中斷，並執行完其它線程后，再將此線程調度執行，此時，會將2寫入到count。count最后的值就成了2。如果要確保改結果正確，那么cout++就要使用原子操作類型。
上述示例中，count的操作如果為count = count + 2，那么也需要原子操作，而如果為count=2或者count==2，則不需要原子操作，因為它們本身的操作就是具有原子性的。
參考：