c - Linux下实现窗口函数InterlockedExchange

Question

在此链接中achieve GCC cas function for version 4.1.2 and earlier我问一个问题，使用 compare_and_swap 函数来实现内置函数 __sync_fetch_and_add 这是我的最终代码，在 x86 和 x64 上运行良好(在 CentOS 5.0 上测试) 32 位 和 CentOS 7 64 位)。

<小时/>

这是我的代码:

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

static unsigned long  count = 0;

int sync_add_and_fetch(int* reg, int oldval, int incre) 
{
    register char result;
#ifdef __i386__
    __asm__ volatile ("lock; cmpxchgl %3, %0; setz %1" 
                     : "=m"(*reg), "=q" (result) 
                     : "m" (*reg), "r" (oldval + incre), "a" (oldval) 
                     : "memory");
    return result;
#elif defined(__x86_64__)
    __asm__ volatile ("lock; cmpxchgq %3, %0; setz %1" 
                     : "=m"(*reg), "=q" (result) 
                     : "m" (*reg), "r" (newval + incre), "a" (oldval) 
                     : "memory");
    return result;
#else
    #error:architecture not supported and gcc too old
#endif

}


void *test_func(void *arg)
{
    int i = 0;
    int result = 0;
    for(i = 0; i < 2000; ++i)
    {
        result = 0;
        while(0 == result)
        {
            result = sync_add_and_fetch((int *)&count, count, 1);
        }
    }

    return NULL;
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
    pthread_t id[10];
    int i = 0;

    for(i = 0; i < 10; ++i){
        pthread_create(&id[i], NULL, test_func, NULL);
    }

    for(i = 0; i < 10; ++i){
        pthread_join(id[i], NULL);
    }
    //10*2000=200000
    printf("%u\n", count);

    return 0;
}

现在我还有一个问题，如何在Linux中实现InterlockedExchange功能，InterlockedExchange就像上面的代码一样，有一个 __i386__ 和 __x86_64__ 版本。只要使用上面参数类型不匹配的代码，也许汇编代码就会被重写。

Answer 1

交换很容易；您不必返回任何状态或任何内容。它xchg总是交换，因此您只需返回旧值和/或状态 like for cmpxchg .

static inline
int sync_xchg(int *p, int newval)
{
    // xchg mem,reg has an implicit lock prefix
    asm volatile("xchg %[newval], %[mem]"
        : [mem] "+m" (*p), [newval] "+r" (newval)  // read/write operands
        :
        : "memory" // compiler memory barrier, giving us seq-cst memory ordering
    );
    return newval;
}

使用 int32_t 可能会更好，但 int 在所有相关 ABI 中都是 32 位。此外，该汇编适用于任何大小的整数。 GCC 将选择 16 位、32 位或 64 位寄存器，这将意味着 xchg 的操作数大小。 (当没有寄存器操作数时，您只需要像 addl 这样的后缀，例如 lock; addl $1, (%0))

无论如何，我对此进行了测试，它可以正确编译 gcc4.1.2 on the Godbolt compiler explorer 。我无法访问 gcc4.1.1，但希望 "+m" 和 [named] asm 内存操作数在该版本中不是新增内容。

+m 使编写防弹交换函数变得更容易。例如没有 gcc 为同一变量选择两个不同的内存位置作为输入和输出的风险。

gcc4.1.2 的

gcc -O3 输出:

# 32-bit: -m32 -fomit-frame-pointer
sync_xchg(int*, int):
    movl    4(%esp), %edx
    movl    8(%esp), %eax
    xchg %eax, (%edx)
    ret                   # returns in EAX


# 64-bit: just -O3
sync_xchg(int*, int):
    xchg %esi, (%rdi)
    movl    %esi, %eax
    ret                    # returns in EAX

我还使用较新的 gcc 并单击 Godbolt 上的 11010 二进制按钮检查了该 asm 是否实际进行了汇编。有趣的事实:由于 GAS 接受 xchg mem,reg 或 xchg reg,mem，因此您可以使用 AT&T 或 Intel 语法 (-masm=intel) 编译此函数。不过，您的其他功能将无法使用。