线程安全和位域

Question

线程安全和位域

c++cthread-safetybit-fields

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我知道位域(bit-field)是与编译器相关的，但我没有找到关于最新的g++和Visual C++ 2010中位域在线程安全方面的文档。

对位域成员进行的操作是否是原子的？

- Errata

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“Thread safe”是什么意思？ - user2100815

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@NeilButterworth：你回来了吗？我假设他在问一个位域成员的操作是否是原子操作。 - the_drow

我的意思是，不同的线程可以在没有干扰的情况下访问或分配不同的成员。 @the_drow：没错，我会更正这个问题。 - Errata

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那么你需要对位域进行原子读/写操作。如果你想要严格的读/写顺序，你需要对位域进行同步访问。听起来你可能两者都需要。 - user7116

5个回答

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当写入位域时，可能存在一个时间窗口，在此期间，另一个线程尝试访问（读取或写入）同一结构中的任何（相同或不同的）位域，将导致未定义行为，意味着任何事情都可能发生。当读取位域时，可能存在一个时间窗口，在此期间，另一个线程尝试写入同一结构中的任何位域将导致未定义行为。

如果您无法实际使用针对所涉及的位域的单独变量，则可以将多个位域存储在整数中，并通过创建位域结构和32位整数之间的联合体来原子地更新它们，然后使用CompareExchange序列：

1. 将位字段的值作为Int32读取。 2. 将其转换为位域结构 3. 更新结构 4. 将结构转换回Int32。 5. 仅当变量仍保持读取（1）中的值时，使用CompareExchange将其覆盖为新值；如果值已更改，则重新开始执行步骤（1）。

为了使此方法有效，步骤2-4必须快速完成。它们花费的时间越长，步骤5中CompareExchange失败的可能性就越大，因此在CompareExchange成功之前，步骤2-4将不得不重新执行多次。

- supercat

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如果你想以线程安全的方式更新位域，你需要将位域拆分为单独的标志，并使用常规的int来存储它们。访问单独的机器字是线程安全的（尽管你需要考虑多处理器系统上的优化和缓存一致性）。

- John

你的意思是机器字的访问是原子操作吗？ - user7116

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请查看Windows Interlocked Functions。

还可以查看这个相关的SO问题。

- Doug Currie

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只需简单使用atomic.AddInt32 示例：

atomic.AddInt32(&intval, 1 << 0)      //set the first bit
atomic.AddInt32(&intval, 1 << 1) //set the second bit
atomic.AddInt32(&intval, -(1 << 1 + 1 << 0)) //clear the first and second bit

这段代码是用Go语言编写的，我认为C++也有类似于atomic.AddInt32的函数。

- Mark

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Go语言不是C++。为了让这个回答有用，你需要用C++来解释它。 - jogojapan

如果位已经设置，添加操作将无效。您必须先测试该位是否已设置。 - uliwitness

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- user7116 · Accepted Answer

“线程安全”是编程中一个非常重载的术语。

如果你指的是对位域的原子访问，则答案是否定的（至少在我所知道的所有处理器上）。在32位机器上，您可以对32位内存位置进行原子访问，但这仅意味着您将读取或写入整个32位值。这并不意味着另一个线程不会做同样的事情。如果您想要停止这种情况，您可能需要同步。

如果您指的是对位域的同步访问，则答案也是否定的，除非您将访问封装在更高级别的同步原语中（这些通常建立在原子操作之上）。

简而言之，编译器不提供对位字段的原子或同步访问，除非您在自己的代码中进行额外的工作。

这有帮助吗？

编辑：Dr. Dan Grossman在UOregon的CS系网页上有两个很好的关于原子性和同步性的讲座。