Атомарная переменная, доступ к которой осуществляется дважды в выражении, возникает, когда атомарные типы C или C++ std::atomic переменные класса появляются дважды в выражении и существуют:

Стандарт C определяет определенные операции с атомарными переменными, которые безопасны для потоков и не вызывают условий гонки данных. В отличие от отдельных операций, пара операций с одной и той же атомной переменной в выражении не безопасна для потоков.

Поток может изменить атомарную переменную между двумя атомарными операциями, что может привести к условию гонки данных.

Не ссылайтесь на атомарную переменную дважды в одном выражении.

#include <stdatomic.h>

atomic_int n = ATOMIC_VAR_INIT(0);

int compute_sum(void)
{
    return n * (n + 1) / 2;
}

В этом примере глобальная переменная n дважды упоминается в операторе возврата compute_sum(). Значение n может изменяться между двумя различными операциями чтения. compute_sum() может возвращать неверное значение.

Одной из возможных корректировок является передача переменной в качестве аргумента функции. n. Переменная копируется в память, и операции чтения с копированием гарантируют, что compute_sum() возвращает правильный результат. При передаче переменной типа int вместо типа atomic_int, исправление по-прежнему является действительным.

#include <stdatomic.h>

int compute_sum(atomic_int n)
{
    return n * (n + 1) / 2;
}

Атомная нагрузка и последовательность хранения не являются атомарными, если эти функции используются для загрузки, а затем для сохранения атомной переменной.

Поток не может прервать атомарную нагрузку или операцию сохранения атома для переменной, но поток может прервать сохранение и затем загрузить последовательность.

Поток может изменять переменную между операциями загрузки и хранения, что приводит к условию гонки данных.

Чтобы считывать, изменять и сохранять переменную атомарно, используйте оператор составного назначения, например +=, atomic_compare_exchange() или atomic_fetch_*- функции семьи.

#include <stdatomic.h>
#include <stdbool.h>

static atomic_bool flag = ATOMIC_VAR_INIT(false);

void init_flag(void)
{
    atomic_init(&flag, false);
}

void toggle_flag(void)
{
    bool temp_flag = atomic_load(&flag);
    temp_flag = !temp_flag;
    atomic_store(&flag, temp_flag);
}

bool get_flag(void)
{
    return atomic_load(&flag);
}

В этом примере переменная flag типа atomic_bool ссылается дважды внутри toggle_flag() функция. Функция загружает переменную, отменяет ее значение, а затем сохраняет новое значение обратно в переменную. Если вызывается два потока toggle_flag(), второй поток может получить доступ flag между операциями загрузки и хранения первого потока. flag может оказаться в неправильном состоянии.

Одной из возможных корректировок является использование оператора составного назначения для переключения значения flag. Стандарт C определяет операцию с помощью ^= как атомарный.

#include <stdatomic.h>
#include <stdbool.h>

static atomic_bool flag = ATOMIC_VAR_INIT(false);

void toggle_flag(void)
{
    flag ^= 1;
}

bool get_flag(void)
{
    return flag;
}