gcc内置原子操作

前言

Gcc 4.1.2版本之后，对 X86 或 X86-64 支持内置原子操作。也就是不需要引入第三方库（如pthread）的锁保护，即可对1、2、4、8字节的数值或指针类型，进行原子加/减/与/或/异或等操作

__sync 接口

具体信息查看 Built-in functions for atomic memory access

type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...) 将 value 加到 *ptr 上，并且结果保存在 *ptr 上，返回操作之前的 *ptr 的值
type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...) 从 *ptr 减去 value ，结果保存到 *ptr ，并返回操作之前 *ptr 的值
type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...) 将 *ptr 与 value 相或操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之前 *ptr 的值
type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value, ...) 将 *ptr 与 value 相与操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之前 *ptr 的值
type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value, ...) 将 *ptr 与 value 相异或操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之前 *ptr 的值
type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value, ...) 将 *ptr 取反后与 value 相与操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之前 *ptr 的值
type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value, ...) 将 value 加到 *ptr 上，结果保存在 *ptr 中，返回操作之后的 *ptr 的值
type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value, ...) 将 *ptr 减去 value 之后，结果保存在 *ptr 中，返回操作之后的 *ptr 的值
type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value, ...) 将 *ptr 与 value 相或操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之后 *ptr 的值
type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value, ...) 将 *ptr 与 value 相与操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之后 *ptr 的值
type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value, ...) 将 *ptr 与 value 相异或操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之后 *ptr 的值
type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value, ...) 将 *ptr 取反后与 value 相与操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之后 *ptr 的值
bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval, type newval, ...) 比较 *ptr 与 oldval 的值，如果两者相等，将 newval 更新到 *ptr 中并且返回 true ，否则返回 false
type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...) 比较 *ptr 与 oldval 的值，如果两者相等，将 newval 更新到 *ptr 中并且返回操作之前 *ptr 的值
__sync_synchronize (...) 相当于是内存栅栏，必须保证之前的操作完成之后才进行下一步的操作，保证执行的顺序性
type __sync_lock_test_and_set (type *ptr, type value, ...) 将 value 写入 *ptr ，对 *ptr 加锁，并且发返回操作之前的 *ptr 的值
void __sync_lock_release (type *ptr, ...) 将 0 写入到 *ptr 并且对 *ptr 解锁

__atomic 接口

这些功能旨在取代遗留的 __sync 内置函数。主要区别在于，请求的内存顺序是函数的参数。新代码应始终使用 __atomic 内置函数而不是 __sync builtins

具体信息查看 Built-in Functions for Memory Model Aware Atomic Operations

type __atomic_load_n (type *ptr, int memorder) 原子加载操作，返回 *ptr 的内容
void __atomic_load (type *ptr, type *ret, int memorder) 原子加载的通用版本，返回 *ret 中 *ptr 的内容
void __atomic_store_n (type *ptr, type val, int memorder) 实现原子存储，将 val 写入 *ptr 中
void __atomic_store (type *ptr, type *val, int memorder) 原子存储的通用版本，将 *val 中的值存储到 *ptr 中
type __atomic_exchange_n (type *ptr, type val, int memorder) 内置原子交换操作，将 val 写入到 *ptr 中，并且返回 *ptr 操作之前的内容
void __atomic_exchange (type *ptr, type *val, type *ret, int memorder) 将 *val 的内容存储到 *ptr 中，并且 *ptr 的原始值被复制到 *ret 中
bool __atomic_compare_exchange_n (type *ptr, type *expected, type desired, bool weak, int success_memorder, int failure_memorder) 原子比较和交换操作，将 *ptr 中的内容与 *expected 的内容进行比较，如果相等则将 desired 的内容写入 *ptr 中，如果不相等，则将 *ptr 当前内容写入到 *expected 中， weak 用于若比较交换的 true ，可能会错误的失败，而 false 则用于强变化，永远不会错误的失败。如果将 desired 写入 *ptr 就返回 true ，并且根据 success_memorder 指定的内存顺序影响内存，否则返回 false 并且根据 failure_memorder 堆内存进行操作
bool __atomic_compare_exchange (type *ptr, type *expected, type *desired, bool weak, int success_memorder, int failure_memorder) 该函数内置了 __atomic_compare_exchange 的通用版本，该函数实际上与 __atomic_compare_exchange_n 相同，只是所需要的值也是一个指针
type __atomic_add_fetch (type *ptr, type val, int memorder) 将 *ptr 与 val 执行相加操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之后的 *ptr
type __atomic_sub_fetch (type *ptr, type val, int memorder) 执行 *ptr 减去 val ，并且将结果保存在 *ptr 中，返回操作之后的 *ptr
type __atomic_and_fetch (type *ptr, type val, int memorder) 将 *ptr 与 val 执行相与操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之后的 *ptr
type __atomic_xor_fetch (type *ptr, type val, int memorder) 将 *ptr 与 val 执行相异或操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之后的 *ptr
type __atomic_or_fetch (type *ptr, type val, int memorder) 将 *ptr 与 val 执行相或操作之后，将结果保存在 *ptr 中，返回操作之后的 *ptr
type __atomic_nand_fetch (type *ptr, type val, int memorder) 将 *ptr 取反之后再与 val 执行相与操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之后的 *ptr
type __atomic_fetch_add (type *ptr, type val, int memorder) 将 *ptr 与 val 执行相加操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之前的 *ptr
type __atomic_fetch_sub (type *ptr, type val, int memorder) 执行 *ptr 减去 val ，并且将结果保存在 *ptr 中，返回操作之前的 *ptr
type __atomic_fetch_and (type *ptr, type val, int memorder) 将 *ptr 与 val 执行相与操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之前的 *ptr
type __atomic_fetch_xor (type *ptr, type val, int memorder) 将 *ptr 与 val 执行相异或操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之前的 *ptr
type __atomic_fetch_or (type *ptr, type val, int memorder) 将 *ptr 与 val 执行相或操作之后，将结果保存在 *ptr 中，返回操作之前的 *ptr
type __atomic_fetch_nand (type *ptr, type val, int memorder) 将 *ptr 取反之后再与 val 执行相与操作，结果保存在 *ptr 中，返回操作之前的 *ptr
bool __atomic_test_and_set (void *ptr, int memorder) 对 *ptr 的字节执行原子测试和设置操作，当前仅当当前内容被设置时，该字节被设置成某个实现定义的非 0 设置值，并且返回值为 true ，只能用于 bool 或者 char 类型的操作数，对于其它类型，只能设置一部分 (1byte)
void __atomic_clear (bool *ptr, int memorder) 在 *ptr 上执行原子清除操作，运算之后 *ptr 中内容为 0，只能用于 bool 或者 char 类型的操作数，并且与 __atomic_test_and_set 结合使用，对于其它类型只能完成部分操作 (1byte)
void __atomic_thread_fence (int memorder) 指定执行的内存顺序当作进程之间的同步的栅栏
void __atomic_signal_fence (int memorder) 充当线程和基于同一线程的信号处理程序之间的同步栅栏
bool __atomic_always_lock_free (size_t size, void *ptr) 如果 size 字节的对象始终为目标体系结构生成无锁原子指令，则返回 true ， size 必须解析为编译时常量，并且结果也解释为编译时常量。 ptr 是一个可选的指针，指向可以用于确定对齐的对象，为 0 表示应该使用典型的对齐方式，编译器也可能忽略此参数
bool __atomic_is_lock_free (size_t size, void *ptr) 如果 size 字节的对象始终为目标体系结果生成无锁原子指令，则返回 true 。如果未知内置函数是无锁的，则会调用 __atomic_is_lock_free 的运行时例程。 ptr 是一个可选的指针，指向可以用于确定对齐的对象，为 0 表示应该使用典型的对齐方式，编译器也可能忽略此参数