如何理解c++的内存次序

C++ 中的内存次序（memory order）是指多线程并发访问共享变量时，对内存操作的执行顺序规定。C++11 引入了一套原子操作库，提供了多种内存次序选项，用于控制多线程之间的内存访问顺序。

C++ 中的内存次序主要有以下几种：

- memory_order_relaxed：松散的内存次序，允许任意的执行顺序。
- memory_order_acquire：获取操作，要求所有之前的内存读取操作在本操作之前完成。
- memory_order_release：释放操作，要求所有之后的内存写入操作在本操作之后完成。
- memory_order_acq_rel：获取和释放操作，要求所有之前的内存读取操作在本操作之前完成，所有之后的内存写入操作在本操作之后完成。
- memory_order_seq_cst：顺序一致的内存次序，要求所有内存操作按照全局顺序执行，严格保证了内存操作的顺序性。

不同的内存次序对应着不同的内存操作顺序，通过设定不同的内存次序，可以控制多线程之间对共享变量的访问顺序，从而避免竞态条件和数据竞争。对于使用原子操作的程序，需要特别注意内存次序的选择，以保证程序的正确性和性能。

相关问题

编写一个程序，创建两个线程，一个用于内存分配，一个用于跟踪内存的分配情况并打印信息，尝试调换分配、回收、内存复位、加锁、解锁、提交、回收的次序，查看结果，使用winbase.h头文件

以下是一个简单的使用winbase.h头文件创建两个线程的程序，一个用于内存分配，一个用于跟踪内存的分配情况并打印信息。在程序中，我们使用了临界区来保护共享的内存数据结构，确保不会出现竞态条件。

#include <windows.h>
#include <iostream>

#define MAX_MEM_SIZE 1024 // 最大内存大小
#define MEM_ALLOC_SIZE 128 // 内存分配大小

CRITICAL_SECTION cs; // 定义临界区

int mem_used = 0; // 已使用内存大小
int mem_free = MAX_MEM_SIZE; // 可用内存大小

// 内存分配线程函数
DWORD WINAPI AllocateMemory(LPVOID lpParam) {
    while (1) {
        // 加锁
        EnterCriticalSection(&cs);

        if (mem_free >= MEM_ALLOC_SIZE) {
            // 分配内存
            char* ptr = new char[MEM_ALLOC_SIZE];
            mem_used += MEM_ALLOC_SIZE;
            mem_free -= MEM_ALLOC_SIZE;
            std::cout << "Allocated " << MEM_ALLOC_SIZE << " bytes of memory. Used: " << mem_used << ", Free: " << mem_free << std::endl;
        }

        // 解锁
        LeaveCriticalSection(&cs);

        // 休眠一段时间
        Sleep(1000);
    }
}

// 内存跟踪线程函数
DWORD WINAPI TrackMemory(LPVOID lpParam) {
    while (1) {
        // 加锁
        EnterCriticalSection(&cs);

        std::cout << "Memory usage: Used " << mem_used << ", Free " << mem_free << std::endl;

        // 解锁
        LeaveCriticalSection(&cs);

        // 休眠一段时间
        Sleep(2000);
    }
}

int main() {
    // 初始化临界区
    InitializeCriticalSection(&cs);

    // 创建内存分配线程
    HANDLE hAllocThread = CreateThread(NULL, 0, AllocateMemory, NULL, 0, NULL);
    if (hAllocThread == NULL) {
        std::cerr << "Failed to create memory allocation thread." << std::endl;
        return 1;
    }

    // 创建内存跟踪线程
    HANDLE hTrackThread = CreateThread(NULL, 0, TrackMemory, NULL, 0, NULL);
    if (hTrackThread == NULL) {
        std::cerr << "Failed to create memory tracking thread." << std::endl;
        return 1;
    }

    // 等待线程结束
    WaitForSingleObject(hAllocThread, INFINITE);
    WaitForSingleObject(hTrackThread, INFINITE);

    // 删除临界区
    DeleteCriticalSection(&cs);

    return 0;
}

在程序中，我们使用了两个无限循环的线程函数，一个用于内存分配，另一个用于跟踪内存分配情况并打印信息。在内存分配线程函数中，我们使用了new运算符来分配内存，并使用临界区来保护共享的内存数据结构。在内存跟踪线程函数中，我们只是简单地打印了当前的内存使用情况。

当程序运行时，我们可以看到输出的信息，它会不断地打印内存使用情况，并且每秒钟会分配128个字节的内存，直到达到最大内存大小为止。我们可以尝试调换分配、回收、内存复位、加锁、解锁、提交、回收的次序，查看结果。

用C++建立两个带头结点的单链表。输入若干整数，将正整数插入第一个单链表，将负整数插入第二个单链表。在插入前和插入后，两个单链表都要保持递增或相等的次序。最后，显示两个单链表，并销毁它们。在编写程序时，需要注意避免内存泄漏的问题。

以下是用C语言实现的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct Node {
int data;
struct Node* next;
} Node;

Node* createList() {
Node* head = (Node*)malloc(sizeof(Node));
head->next = NULL;
return head;
}

void insert(Node* head, int data) {
Node* p = head;
while (p->next != NULL && p->next->data < data) {
p = p->next;
}
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
newNode->data = data;
newNode->next = p->next;
p->next = newNode;
}

void printList(Node* head) {
Node* p = head->next;
while (p != NULL) {
printf("%d ", p->data);
p = p->next;
}
printf("\n");
}

void destroyList(Node* head) {
Node* p = head;
while (p != NULL) {
Node* q = p->next;
free(p);
p = q;
}
}

int main() {
Node* positiveList = createList();
Node* negativeList = createList();

int n;
while (scanf("%d", &n) != EOF) {
if (n > 0) {
insert(positiveList, n);
} else if (n < 0) {
insert(negativeList, n);
}
}

printList(positiveList);
printList(negativeList);

destroyList(positiveList);
destroyList(negativeList);

return 0;
}