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+=、|=、&=等操作是否是原子操作？

c++coperatorsthread-safetyatomic
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"modify"运算符例如+=、|=和&=等是原子操作吗？

我知道++是原子操作（如果你在两个不同的线程中同时执行x++;，你最终得到的结果是x增加了2，与关闭优化的x=x+1不同）。

我的疑问是variable |= constant这样的操作是否是线程安全的，或者我必须用互斥锁来保护它们？

（...还是这取决于CPU？如果是这种情况，在ARM上会怎样？）

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哪个ARM版本？如果编译器支持或者你自己编写汇编代码，v6（ARM10）及更高版本的架构可以提供原子操作。早期的架构则不行。 - Mike Seymour
gcc具有内置的原子操作：http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.4.3/gcc/Atomic-Builtins.html#Atomic-Builtins；请注意：“并非所有操作都被所有目标处理器支持”。 - Christoph
这里有用于交替变量访问的Windows API：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms684122%28v=VS.85%29.aspx - Janusz Lenar
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除了语言本身不保证之外，x86-64具有强大的内存模式（加载获取和存储释放）。即使在这种情况下，例如INC m64作为RMW操作也不能保证是原子性的，除非使用LOCK前缀。 - Arne Vogel
12个回答
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你错了。没有任何保证++是原子的，对于复合赋值运算符也是如此，事实上对于任何C++操作都是如此。

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这意味着这是与CPU相关的。在允许inc [address]的单核架构中，这绝对是原子操作。 - SF.
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至少直到C++0x之前：“本条款描述了用于细粒度原子访问的组件。这种访问是通过对原子对象进行操作来实现的。” [n3035草案中的29.1/1] - Roger Pate
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不是这样的。这是与编译器相关的。仅仅因为 CPU 架构有一条指令，并不意味着编译器会以你期望的方式使用它，甚至可能根本不使用。 - anon
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即使编译器可以生成原子增量，x++是否是原子的可能取决于x的数据类型。例如，在SF的目标上，如果x是“long long”，对x的递增将不是原子操作；如果它是另一种整数类型，则可能取决于特定的ARM架构和数据对齐方式。 - Clifford
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@SF：非常具体。如果编译器选择不使用该指令怎么办？如果/当您升级到多核系统时呢？那些没有 inc 指令的架构怎么办？总的来说，++ 不是 原子操作。您只是找到了一个单一狭窄的特例，在这种情况下它并不是一个问题。 - jalf
@SF：我甚至认为在x86上inc [address]不是原子操作。 - user541686
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x++经常用3个指令实现：将X读入寄存器，增加它，然后将其写回内存。

在这些指令之间，您的线程可能会被抢占。

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在某些处理器上，即使是单个指令也可能是非原子性的。 - Jive Dadson
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为了让值的变化在多个核心中可见，例如 a += 的操作需要加载值、加上增量并存储。这意味着该操作不是原子性的。
为确保原子性，需要在操作周围放置适当的锁定。
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C/C++中没有任何运算符是保证原子性的。它们在你的平台上可能是原子的，但你不会确定。通常，唯一原子操作是一个测试和设置指令，这通常作为实现信号量的基础，在大多数现代CPU中以某种形式可用。

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这是编译器和CPU相关的。一些指令集提供了这些操作的原子指令（用于机器大小的整数）。

但是，并不保证你的编译器会使用这些指令，并且不会以非线程安全的方式优化代码。你需要编写汇编程序或使用特定于编译器的技术（例如intrinsics），以提供原子性（或使用使用这些技术之一的库）。

在ARM架构中： ORR/ADD/AND指令需要两个操作数并将结果放置在寄存器中。任意一个操作数都可以是与结果寄存器相同的寄存器，因此它们可以用作原子 |=、+=、&= 操作。

当然，结果会被放置在寄存器中，而第一个操作数也必须来自寄存器，因此你必须确保寄存器加载是原子的。

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在您的编译器/平台上，++可能是原子性的，但在C++规范中并未定义为原子性。

如果您想确保以原子方式修改值，则应使用适当的方法，例如Windows上的Interlocked*。

对于所有其他例程也是如此。如果要进行原子操作，则应使用适当的调用而不是标准调用。

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一个重复的指向了这里，需要进行更新。"新的" C11 语言引入了一种原子属性，允许：
_Atomic int a;
...
a += 3

可以编译成一个（原子）无限循环。感谢标准制定者的礼物，但我真的希望你没有这样做。

1：在某些架构中，仅支持特定访问协议的内存才能进行原子操作。例如，ARMv7、MIPS将该序列转换为：

do {
    x = LoadLinked(a) + 3;
} while !StoreConditional(x, &a);

但对于一些内存/缓存类型，LoadLinked/StoreConditional未定义。享受调试吧。

2: 相关的是虚假共享，这是LoadLinked、StoreConditional在缓存行（例如32、64、256字节）而不是子块上操作的产物。因此： _Atomic int a[4]; 可能需要4倍的缓存行大小（因此是1024字节）才能安全地允许同时对a[n]和a[n+1]进行原子操作，因为4个CPU可能会争夺更新a[0..3]，但从未成功。

希望下一个标准能认识到属性修饰的固有失败，并恢复c89作为合适的C标准。

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你必须保护你的变量，例如使用互斥锁

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