c++ - 改进 InterlockedCompareExchange() 的原子读取

Question

假设架构是 ARM64 或 x86-64。

我想确定这两个是否等价:

1. a = _InterlockedCompareExchange64((__int64*)p, 0, 0);
2. MyBarrier(); a = *(volatile __int64*)p; MyBarrier();

其中 MyBarrier() 是编译器级别的内存屏障(提示)，如 __asm__ __volatile__ (""::::"memory")。所以方法 2 应该比方法 1 更快。

我听说 _Interlocked() 函数也意味着编译器和硬件级别的内存屏障。

我听说读取(适当对齐的)内部数据在这些架构上是原子的，但我不确定方法 2 是否可以广泛使用？

(ps. 因为我认为 CPU 会自动处理数据依赖性，所以这里没有过多考虑硬件障碍。)

感谢您对此的任何建议/更正。

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以下是 Ivy Bridge(i5 笔记本电脑)上的一些基准测试。

(1E+006 循环:27ms):

; __int64 a = _InterlockedCompareExchange64((__int64*)p, 0, 0);
xor eax, eax
lock cmpxchg QWORD PTR val$[rsp], rbx

(1E+006 循环:27ms):

; __faststorefence(); __int64 a = *(volatile __int64*)p;
lock or DWORD PTR [rsp], 0
mov rcx, QWORD PTR val$[rsp]

(1E+006 循环:7ms):

; _mm_sfence(); __int64 a = *(volatile __int64*)p;
sfence
mov rcx, QWORD PTR val$[rsp]

(1E+006 循环:1.26ms，不同步？):

; __int64 a = *(volatile __int64*)p;
mov rcx, QWORD PTR val$[rsp]

Answer 1

要使第二个版本在功能上等效，您显然需要原子 64 位读取，这在您的平台上是正确的。

但是，_MemoryBarrier() 不是“对编译器的提示”。 x86 上的 _MemoryBarrier() 可防止编译器和 CPU 重新排序，并确保写入后的全局可见性。您也可能只需要第一个 _MemoryBarrier()，第二个可以用 _ReadWriteBarrier() 代替，除非 a 也是一个共享变量- 但你甚至不需要它，因为你正在读取一个 volatile 指针，这将阻止任何编译器在 MSVC 中重新排序。

当你创建这个替换时，你基本上最终会得到 same result :

// a = _InterlockedCompareExchange64((__int64*)&val, 0, 0);
xor eax, eax
lock cmpxchg QWORD PTR __int64 val, r8 ; val

// _MemoryBarrier(); a = *(volatile __int64*)&val;
lock or DWORD PTR [rsp], r8d
mov rax, QWORD PTR __int64 val ; val

在我的 i7 Ivy Bridge 笔记本电脑上循环运行这两个，得到相同的结果，在 2-3% 以内。

但是，有两个内存障碍，“优化版本”实际上慢了大约 2 倍。

所以更好的问题是:您为什么要使用 _InterlockedCompareExchange64？如果您需要对变量进行原子访问，请使用 std::atomic，优化编译器应将其编译为最适合您的体系结构的版本，并添加所有必要的屏障以防止重新排序并确保缓存一致性。