为什么 std::atomic 的默认构造函数不默认初始化底层存储值？

Question

由于今天是美国的感恩节，我将成为指定的火鸡来问这个问题：

拿些像这样无害的东西。具有简单普通旧数据类型（例如 int）的原子：

atomic<int> x;
cout << x;

上面将打印出垃圾（未定义）数据。考虑到我为atomic constuctor 阅读的内容，这是有道理的：

(1) 默认构造函数

使原子对象处于未初始化状态。 未初始化的原子对象稍后可能会通过调用 atomic_init 来初始化。

感觉像是一个奇怪的委员会决定。但我相信他们有他们的理由。但是我想不出另一个std:: 类，默认构造函数将使对象处于未定义状态。

我可以看到对于没有默认构造函数并且需要使用atomic_init 路径的std::atomic 使用更复杂的类型是多么有意义。但更一般的情况是在引用计数、顺序标识符值和基于简单轮询的锁定等场景中使用具有简单类型的原子。因此，这些类型没有自己的存储值“零初始化”（默认初始化）感觉很奇怪。或者至少，如果无法预测，为什么还要使用默认构造函数。

未初始化的std::atomic 实例有用的原因是什么。

Answer 1

作为mentioned in P0883，这种行为的主要原因是与C的兼容性。显然C没有值初始化的概念； atomic_int i; 不执行初始化。为了与 C 兼容，C++ 等效项也必须不执行初始化。由于 C++ 中的 atomic_int 应该是 std::atomic<int> 的别名，因此为了完全兼容 C/C++，该类型也必须不执行任何初始化。

幸运的是，C++20 looks to be undoing this behavior。

Answer 2

未初始化的std::atomic 的原因是什么 实例会很有用。

出于同样的原因，基本的“构建块”用户定义类型不应超出严格需要的范围，尤其是在构造等不可避免的操作中。

但我想不出另一个 std:: 类的默认构造函数 将使对象处于未定义状态。

所有不需要内部不变量的类都是这种情况。

在泛型代码中不期望T x; 会创建一个零初始化对象；但预计它将创建一个处于可用状态的对象。对于标量类型，任何现有对象在其生命周期内都是可用的。

另一方面，预计

T x = T();

将为通用代码创建一个处于默认状态的对象，用于普通值类型。 （如果被表示的值有这样的东西，它通常是一个“零值”。）

原子非常不同，它们存在于不同的“世界”中

Atomics 并不是关于一系列值。它们是关于为读取、写入和复杂操作提供特殊保证； 原子在很多方面都不同于其他数据类型，因为从来没有根据对该对象的正常赋值来定义复合赋值操作。所以通常的等价性不适用于原子。 你不能像对待普通对象那样推理原子。

您根本无法在原子和普通对象上编写通用代码；这是没有意义的。

（见脚注。）

总结

• 您可以使用通用代码，但不能使用原子-非原子通用算法，因为它们的语义不属于同一语义定义风格（甚至不清楚 C++ 如何同时具有原子和非原子操作）。
• “不用为不用的东西付费。”
• 没有通用代码会假定未初始化的变量有值；只是它对于赋值和其他不依赖于先前值的操作处于有效状态（显然没有复合赋值）。
• 许多 STL 类型未通过其默认构造函数初始化为“零”或默认值。

[脚注：

以下是“咆哮”，它是技术上的重要文本，但对于理解原子对象的构造函数为何如此重要并不重要。

它们只是以最深刻的方式遵循不同的语义规则：在某种程度上标准甚至没有描述，因为标准从未解释多线程的最基本事实：语言的某些部分被评估为一系列操作取得进展，而其他领域（原子，try_lock ...）则没有。 事实上，标准的作者显然甚至没有看到这种区别，甚至不理解这种二元性。 （请注意，讨论这些问题通常会使您的问题和答案被否决和删除。）

这种区别是必不可少的，因为没有它（同样，它在标准中没有出现），恰好零程序甚至可以具有多线程定义的行为：没有这种二元性只能解释旧式的前线程行为。

C++ 委员会不了解 C++ 的症状是他们认为“无稀薄空气价值”是一个额外的功能，而不是语义的重要部分（没有得到原子的“无稀薄空气”保证让顺序程序的顺序语义的承诺更加站不住脚。

--尾注]