在C中以原子方式比较两个整数的最快方法？

Question

uint64_t n;      // two 32-bit integers

return ( (uint32_t)(n >> 32) == (uint32_t)n );

以原子方式比较 uint64_t 的 32 个最高有效位和 32 个最低有效位的最快方法是什么？

我认为一个可怕的解决方案是：获取自旋锁，读取 32 LSB，读取 32 MSB，比较得到结果，释放自旋锁，返回结果。有什么方法可以做到这一点而不必使用自旋锁？

Answer 1

1. 只有当您能够在您的平台上以原子方式检索 64 位数字时，您才能在不加锁的情况下执行此操作。如果有可能，那么首先 - 您以您最喜欢的方式自动检索 64 位值（例如 InterlockedOr64(ptr,0) 在 64 位窗口上，如果您有 32 位 x86 CPU 则没有办法 - 除非您Intel CPU 不早于 Pentium 并且您确保您的 64 位值是 64 位对齐的，不确定其他供应商的 x86 CPU），其次 - 与您检索的值进行比较。

2. 你显然不能以便携的方式做到这一点。在您无法以原子方式获取 64 位数字的平台上，如果没有锁定，则无法做到这一点。

编辑

由于一些严重误导的想法在这次讨论中大受欢迎，我觉得我有责任写一些关于未能使用 32 位数字的比较和交换来解决问题的说明。

假设我们有 x86 平台，那么我们可能会编写 asm 代码：​​

    mov eax, [num+4]
    lock cmpxchg [num], eax
    jz  equal_case_code
    ; non-equal case code follows
equal_case_code:
    ; equal case code follows

显然这个实现不是原子的 - 线程可能在 mov 和 cmpxchg 指令之间被中断（通常在一条指令中不允许有两个内存操作数）。

来自不同 API（如来自 Win32 API 的InterlockedCompareExchange）的基于 32 位的 Compare&Exchange 函数也不能提供正确的解决方案，因为它们的语义只允许原子访问一个 32 位内存地址。

Answer 2

对两个不同的地址使用比较交换操作怎么样？

类似：CMPXCHG (int*)&n, (((int*)&n)+1)（注意 - 这实际上不起作用）。

编辑：将语法更改为更接近实际的 x86 语法。

编辑 2： 正如 Serge 指出的那样，大多数程序集不支持在汇编指令中使用两个内存地址，因此这种方式不能直接从内存中工作。这意味着这种方法不能用于以原子方式比较 64 位变量的两个 32 位部分。

一些程序集（至少是 PowerPC）能够提供特殊指令（对于 PowerPC、LWARX 和 STWCX），可以使这项工作以多线程安全的方式工作，但这并不是 OP 所要求的，也不会为 x86 工作。

Answer 3

使用联合怎么样？像这样：

typedef union {
    uint32_t small[2];
    uint64_t full;
} bigint_t;

那你就去做吧：

uint64_t n;      // two 32-bit integers

bigint_t mybigint;
mybigint.full = n;
return mybigint.small[0] == mybigint.small[1];

不知道这样是不是最快，但是如果你不把uint64_t复制到union中直接使用union的话，应该还是挺快的，因为比较不需要做任何事情。

Answer 4

这整个操作（内存中两个值的原子比较）是没有意义的，除非您还可以确保写入它们始终是原子的。它还受制于固有的竞争条件；当您确定它们相等时，它们可能已经改变，反之亦然。无论您试图解决什么问题，几乎肯定都需要锁，而不是原子操作。

Answer 5

使用内联汇编将 64 位整数加载到 MMX 或 SSE 寄存器（64 位读取是原子的），然后比较两半。