c++ - 为什么 memory_order_relaxed 在 x86 上使用原子(锁前缀)指令？

Question

在 Visual C++ 2013 上，当我编译以下代码时

#include <atomic>

int main()
{
    std::atomic<int> v(2);
    return v.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
}

我在 x86 上取回了以下程序集:

51               push        ecx  
B8 02 00 00 00   mov         eax,2 
8D 0C 24         lea         ecx,[esp] 
87 01            xchg        eax,dword ptr [ecx] 
B8 01 00 00 00   mov         eax,1 
F0 0F C1 01      lock xadd   dword ptr [ecx],eax 
59               pop         ecx  
C3               ret              

在 x64 上类似:

B8 02 00 00 00    mov         eax,2 
87 44 24 08       xchg        eax,dword ptr [rsp+8] 
B8 01 00 00 00    mov         eax,1 
F0 0F C1 44 24 08 lock xadd   dword ptr [rsp+8],eax 
C3                ret              

我根本不明白:为什么 int 变量的 relaxed 增量需要 lock 前缀？

这是有原因的，还是他们根本没有包括删除它的优化？

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^{* 我将 /O2 与 /NoDefaultLib 结合使用来削减它并删除不必要的 C 运行时代码，但这与问题无关。}

Answer 1

因为它仍然需要锁才能成为原子；即使使用 memory_order_relaxed，递增/递减的要求也太严格而无法无锁。

想象一下没有锁的情况。

v = 0;

然后我们生成 100 个线程，每个线程使用以下命令:

v++;

然后您等待所有线程完成，您希望 v 是什么？不幸的是，它可能不是 100。假设值 v=23 由一个线程加载，在创建 24 之前，另一个线程也加载 23，然后也写出 24。所以线程实际上相互否定。这是因为增量本身不是原子的。当然，加载、存储、添加本身可能是原子的，但递增是多个步骤，因此它不是原子的。

但是对于 std::atomic，所有操作都是原子的，无论 std::memory_order 设置如何。唯一的问题是它们将以什么顺序发生。memory_order_relaxed 仍然保证原子性，它可能与附近发生的任何其他事情有关，即使是对相同的值进行操作也是如此。