为什么memory_order_relaxed在x86上使用原子(锁定前缀)指令？

Question

在Visual C++ 2013上,当我编译以下代码时

#include <atomic>

int main()
{
    std::atomic<int> v(2);
    return v.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
}

我在x86上找回了以下程序集:

51               push        ecx  
B8 02 00 00 00   mov         eax,2 
8D 0C 24         lea         ecx,[esp] 
87 01            xchg        eax,dword ptr [ecx] 
B8 01 00 00 00   mov         eax,1 
F0 0F C1 01      lock xadd   dword ptr [ecx],eax 
59               pop         ecx  
C3               ret              

在x64上类似:

B8 02 00 00 00    mov         eax,2 
87 44 24 08       xchg        eax,dword ptr [rsp+8] 
B8 01 00 00 00    mov         eax,1 
F0 0F C1 44 24 08 lock xadd   dword ptr [rsp+8],eax 
C3                ret              

我根本就不明白:为什么变量的宽松增量int需要lock前缀？

这有什么原因,还是他们根本没有包括删除它的优化？

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^{*我用/O2它/NoDefaultLib来修剪它并摆脱不必要的C运行时代码,但这与问题无关.}

Answer 1

因为仍然需要锁才能成为原子锁；即使memory_order_relaxed对增量/减量的要求过于严格，也无法锁定。

想象一下没有锁的同一件事。

v = 0;

然后我们产生100个线程，每个线程都带有以下命令：

v++;

然后您等待所有线程完成，您期望v是什么？不幸的是，它可能不是100。假设一个线程加载了v = 23的值，并且在创建24之前，另一个线程也加载了23，然后也写出了24。因此，线程实际上彼此相反。这是因为增量本身不是原子的。当然，加载，存储，添加本身可能是原子的，但是递增是多个步骤，因此不是原子的。

但是使用std :: atomic时，无论std::memory_order设置如何，所有操作都是原子的。唯一的问题是它们将以什么顺序发生。memory_order_relaxed仍然保证原子性，就它附近发生的其他任何事情而言，即使按相同的值进行操作，也可能会乱序。