单比特操作答案

【问题标题】：single bit manipulation单比特操作
【发布时间】：2011-01-15 15:34:21
【问题描述】：

是否有可能在 C 中只获取一个 int 位然后翻转它而不读取整个 int 并将其写回内存？

上下文：试图避免 pthread 中的锁定/解锁过多。

【问题讨论】：

标签： c

【解决方案1】：

你不能从内存中读取一个位，实际上你不能强制 CPU 只读取一个字节。它总是读取一个完整的缓存行，对于不同的 CPU，它可能有不同的大小。

但是从语言的角度来看，你可以使用位域http://publications.gbdirect.co.uk/c_book/chapter6/bitfields.html

【讨论】：

【解决方案2】：

据我所知，最低的操作单位是字节。也许您可以将 int 拆分为字节并从 word 中读取所需的字节并仅更改那个。

【讨论】：

【解决方案3】：

没有。为什么会这样，即使您可以从内存中读取一点，您仍然需要锁定以确保它是安全的。

【讨论】：

【解决方案4】：

要么使用可以原子处理的最小类型（char 在任何健全的架构上都可以，但一些 RISC 垃圾不能原子地对单个字节进行操作）并接受你会浪费一些空间，使用锁，或使用正确的原子原语（在 asm、gcc 内置或 C1x _Atomic 类型中）对单个位进行原子算术。

【讨论】：

【解决方案5】：

这就是你如何比爷爷互斥锁快 50 倍（我们对这种事情进行了测试）。使用 gcc 原子操作。如果您的版本包含它们，您也可以使用 linux 原子操作。

typedef union _foo {
  struct {
    unsigned int a:1,
                 b:6,
                 q:2;
  } Data;
  unsigned int n32;
} TFoo;

TFoo _GlobalFoo;

SomeFuncThatChangesFoo_A(int fNewA)
{
TFoo Old, New;

  while(1) {
    // get a copy of the current state
    Old.n32 = _GlobalFoo.n32;
    New.n32 = Old.n32;
    New.Data.a = fNewA;
    // compare and swap is the atomic operation.
    // if _GlobalFoo hasn't changed since we copied it to "Old", then change _GlobalFoo to "New".
    // __sync_bool_compare_and_swap works on basic types (8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit, 128 bit
    // depending upon architecture), which is why there is a union overlaying the 32 bit n32 over 
    // the actual data that the program uses, Data.
    if (__sync_bool_compare_and_swap(_GlobalFoo.n32, Old.n32, New.n32))
      break; // successfully changed 
    // if we get here, the global was changed by another thread, so we just loop back, get the new value
    // and try again.
  } // concurrency loop
}

精明的线程专家可能会认为“Old.n32 = _GlobalFoo.n32;”这一行如果编译器选择非原子方式来执行复制，则可以在竞争中复制垃圾。但是，__sync_bool_compare_and_swap 会因为当前状态的错误副本而失败，因此不会造成任何伤害。

干杯。

【讨论】：

【解决方案6】：

这可能是可能的，但只能以非便携式、非标准方式，并且只有在您的平台支持的情况下。一些 ARM CPU（例如 Cortex-M3 和 M4）实现了“位带”，为地址空间区域提供位级寻址。

但一般来说，读/写的最小单元（或等效的最小可寻址单元）是char。

【讨论】：