沒有得到預期的輸出使用cmpxchg8b爲無符號長

Question

我想寫一個簡單的比較和交換內聯彙編代碼。這裏是我的代碼

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <stdint.h> 
static inline unsigned long 
cas(volatile unsigned long* ptr, unsigned long old, unsigned long _new) 
{ 
    unsigned long prev=0; 
    asm volatile("lock cmpxchg8b %0;" 
       : "=m"(prev) 
       : "m"(*ptr),"a"(old),"c"(_new) 
       ); 
    return prev; 
} 

int main() 
{ 

    unsigned long *a; 
    unsigned long b=5,c; 
    a=&b; 
     c=cas(a,b,6); 
    printf("%lu\n",c); 
    return 0; 
} 

這段代碼理想情況下應打印5，但打印0.我的代碼有什麼問題？請幫忙。

Answer 1

讓我開始說「使用內聯asm是一個壞主意。」讓我重複一遍，「使用內聯asm是一個壞主意。」你可以編寫一個完整的wiki entry關於爲什麼使用內聯asm是一個壞主意。請考慮使用內建函數（如gcc的__sync_bool_compare_and_swap）或者像<原子>這樣的庫。

如果您正在編寫生產軟件，使用內聯asm的風險幾乎肯定會大於任何收益。如果您正在爲教育目的而寫作，請繼續閱讀。 （爲了進一步說明爲什麼你不應該使用內聯asm，等待Michael或者Peter出現並指出這個代碼的所有錯誤，即使對於知道這一點的人來說，它也是真的是 ）

以下是一些代碼，顯示如何使用cmpxchg8b。這很簡單，但應該足以給出一個總體思路。

#include <stdio.h> 

// Simple struct to break up the 8 byte value into 32bit chunks. 
typedef union { 
    struct { 
    unsigned int lower; 
    unsigned int upper; 
    }; 
    unsigned long long int f; 
} moo; 

unsigned char cas(moo *ptr, moo *oldval, const moo *newval) 
{ 
    unsigned char result; 

#ifndef __GCC_ASM_FLAG_OUTPUTS__ 

    asm ("lock cmpxchg8b %[ptr]\n\t" 
     "setz %[result]" 
     : [result] "=q" (result), [ptr] "+m" (*ptr), 
      "+d" (oldval->upper), "+a" (oldval->lower) 
     : "c" (newval->upper), "b" (newval->lower) 
     : "cc", "memory"); 

#else 

    asm ("lock cmpxchg8b %[ptr]" 
     : [result] "=@ccz" (result), [ptr] "+m" (*ptr), 
      "+d" (oldval->upper), "+a" (oldval->lower) 
     : "c" (newval->upper), "b" (newval->lower) 
     : "memory"); 

#endif 

    return result; 
} 

int main() 
{ 
    moo oldval, newval, curval; 
    unsigned char ret; 

    // Will not change 'curval' since 'oldval' doesn't match. 
    curval.f = -1; 
    oldval.f = 0; 
    newval.f = 1; 

    printf("If curval(%u:%u) == oldval(%u:%u) " 
      "then write newval(%u:%u)\n", 
      curval.upper, curval.lower, 
      oldval.upper, oldval.lower, 
      newval.upper, newval.lower); 

    ret = cas(&curval, &oldval, &newval); 

    if (ret) 
     printf("Replace succeeded: curval(%u:%u)\n", 
      curval.upper, curval.lower); 
    else 
     printf("Replace failed because curval(%u:%u) " 
      "needed to be (%u:%u) (which cas has placed in oldval).\n", 
      curval.upper, curval.lower, 
      oldval.upper, oldval.lower); 

    printf("\n"); 

    // Now that 'curval' equals 'oldval', newval will get written. 
    curval.lower = 1234; curval.upper = 4321; 
    oldval.lower = 1234; oldval.upper = 4321; 
    newval.f = 1; 

    printf("If curval(%u:%u) == oldval(%u:%u) " 
      "then write newval(%u:%u)\n", 
      curval.upper, curval.lower, 
      oldval.upper, oldval.lower, 
      newval.upper, newval.lower); 

    ret = cas(&curval, &oldval, &newval); 

    if (ret) 
     printf("Replace succeeded: curval(%u:%u)\n", 
      curval.upper, curval.lower); 
    else 
     printf("Replace failed because curval(%u:%u) " 
      "needed to be (%u:%u) (which cas has placed in oldval).\n", 
      curval.upper, curval.lower, 
      oldval.upper, oldval.lower); 

} 

的幾點：

• 如果CAS失敗（因爲該值不匹配），從函數的返回值是0，和值你需要使用的是在oldval返回。這使得再次嘗試變得簡單。請注意，如果您正在運行多線程（您必須是或者您不會使用lock cmpxchg8b），那麼第二次嘗試可能會失敗，因爲'其他'線程可能會再次擊敗您。
• __GCC_ASM_FLAG_OUTPUTS__定義可用於新版本的gcc（6.x +）。它允許您跳過setz並直接使用標誌。有關詳細信息，請參閱gcc docs。

至於它是如何工作的：

當我們調用cmpxchg8b，我們通過它指向內存的指針。它將比較該存儲單元中的（8字節）值與edx：eax中的8個字節。如果它們匹配，那麼它會將ecx：ebx中的8個字節寫入內存位置，並且將會設置zero標誌。如果它們不匹配，那麼當前值將以edx：eax返回並且zero標誌將被清除。

所以，比較，與代碼：

asm ("lock cmpxchg8b %[ptr]" 

在這裏，我們傳遞的指針8個字節cmpxchg8b。

 "setz %[result]" 

在這裏，我們存儲zero標誌通過設定cmpxchg8b的內容到（結果）。

 : [result] "=q" (result), [ptr] "+m" (*ptr), 

指定（結果）是輸出（=），並且它必須是字節寄存器（q）。此外，內存指針是一個in + out（+），因爲我們將讀取它並寫入它。

  "+d" (oldval->upper), "+a"(oldval->lower) 

+符號再次表明這些值處於+出。這是必要的，因爲如果比較失敗，edx：eax將被來自ptr的當前值覆蓋。

 : "c" (newval->upper), "b"(newval->lower) 

這些值僅供輸入。 cmpxchg8b不會改變它們的值，所以我們把它們放在第二個冒號後面。

 : "cc", "memory"); 

由於我們正在更改標誌，我們需要通過「cc」通知編譯器。 「內存」約束可能不是必需的，具體取決於正在使用哪個cas。有可能線程1正在通知線程2某些東西已準備好處理。在這種情況下，您希望確保gcc在計劃稍後寫入內存的寄存器中沒有任何值。它絕對必須在執行cmpxchg8b之前在之前將它們全部刷新到內存。

gcc docs詳細描述了擴展asm語句的工作原理。如果這些解釋的部分內容仍不清楚，有些閱讀可能會有所幫助。

BTW的情況下，我忘了提，寫聯彙編是一個糟糕的主意......

Answer 2

對不起，沒有直接回答你的問題，但我的問題是：爲什麼不使用C11's <stdatomic.h> or C++11's <atomic>？與編寫自己的函數相比，它更容易出錯，並且具有不針對特定硬件體系結構或編譯器的優點。

在你的情況下，你應該使用atomic_compare_exchange_weak()或atomic_compare_exchange_strong()。