以原子方式将一个或多个位复制到整数中

Question

我有一些代码，通过首先清除目标 int 中的掩码位，然后将它们或运算到 int 中，将掩码位复制到整数中。

像这样：

bitsToSet = 6
targetInt &= ~(1 << bitsToSet)
targetInt |= desiredBitValue << bitsToSet

问题是它现在需要是线程安全的，并且我需要使操作原子化。我认为使用 std:atomic<int> 只会使每个子操作成为原子操作，而不是整个操作。

如何使整个操作（包括 &= 和 |= 操作）原子化？

例如，如果我有一个函数（或者更好的是宏），SetBits(TARGET, MASK, VALUE)它可以自动将 TARGET 中的 MASKed 位设置为 VALUE，那么它就会为我解决问题。MASK 和 VALUE 已经可以左移。

我当前的非原子代码是

#define SetBits(TARGET, MASK, VALUE) {(TARGET) &= ~((uint64_t)MASK); (TARGET)|=((uint64_t)VALUE);}

Answer 1

您可以使用比较交换循环：

void SetBitsAtomic(std::atomic<int>& target, int mask, int value) {
    int original_value = target.load();
    int new_value = original_value;
    SetBits(new_value, mask, value);
    while (!target.compare_exchange_weak(original_value, new_value)) {
        // Another thread may have changed target between when we read
        // it and when we tried to write to it, so try again with the
        // updated value
        new_value = original_value;
        SetBits(new_value, mask, value);
    }
}

这将读取 的原始值target，执行屏蔽操作，然后target仅当自读取以来没有其他线程对其进行修改时，才将修改后的值写回 。如果另一个线程已修改target，则其更新的值将被写入original_value，并且它会继续尝试，直到它设法target先于其他线程进行更新。

请注意，我在这里对load和compare_exchange_weak操作使用了（默认）完全顺序一致性。您可能不需要完全的顺序一致性，但如果没有更多关于您使用它的用途的信息，我无法确切地知道您需要什么。

或者，您可以只使用互斥体：

std::mutex mtx;

void SetBitsAtomic(int& target, int mask, int value) {
    std::lock_guard lock{mtx};
    SetBits(target, mask, value);
}

这可能比无锁compare_exchange_weak版本的性能要差，但这实际上取决于它的用途。它当然更简单、更容易推理，在您的情况下，这可能比原始性能更重要。