i++ 原子操作的讨论转自http://gcoder.blogbus.com/logs/75275569.html

今天在CU上和cjaizss 讨论i++是不是原子操作的问题，收获很多，我之前有很多想法都是错误的，做个总结，记录下来。（习惯i++了，下面讨论的i和x是同一含义）

我对原子操作的理解是需要一条cpu指令的操作，如果i是32位的，并且没有跨页，那么i++是原子的，如果i是64位的，那么不是原子的，它需要两条cpu指令。

i 是32位时的汇编，addl $1, %eax是 i++ 对应的cpu指令

movl x, %eax

addl $1, %eax

movl %eax, x

i 是64位时的汇编，addl $1, %eax 和adcl $0, %edx 是i++对应的cpu指令

movl x, %eax

movl x+4, %edx

addl $1, %eax

adcl $0, %edx

movl %eax, x

movl %edx, x+4

但是i++是原子的（假设i是32位的），并不能保证多个线程i++，操作同一个i，可以得到正确的结果。因为还有寄存器的因素，多个cpu对应多个寄存器。每次要先把i从内存复制到寄存器，然后++，然后再把i复制到内存中，这需要至少3步。从这个意义上讲，说i++是原子的并不对。

gcc扩展提供了原子的i++，其对应的汇编是

lock

addl $1, x

多个cpu对应的寄存器不同，但是内存是相同的。（我记得cpu不能直接操作内存，这个addl $1, x，我不知道是啥意思）

我之前以为只要加上volatile关键字就可以保证，就不会出现i对应的内容在多个cpu的寄存器中不一致的情况，看来理解是错的，它只是在编译器优化时，提示每次都从内存中读取i的值。

观察优化后的代码（O3）也很有意思，

没有volatile修饰的i对应的汇编

addl $100000000, x

略去了循环，一次累加了所有的。有volatile时对应的汇编

movl x, %eax

addl $1, %edx

addl $1, %eax

cmpl $100000000, %edx

movl %eax, x

和没优化时差别不大。

测试代码

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <pthread.h>
#define MYNUM 100000000
#ifdef A0
int x = 0;
# define ADD(x) do { (x)++; } while(0)
#elif defined A1
volatile sig_atomic_t x = 0;
# define ADD(x) do { (x)++; } while(0)
#elif defined A2
int x = 0;
# define ADD(x) do { __sync_fetch_and_add(&(x), 1); } while (0)
#elif defined A3
int x = 0;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
# define ADD(x) do { pthread_mutex_lock(&mutex); (x)++; pthread_mutex_unlock(&mutex); } while (0)
#else
# error "no add method"
#endif
void* func1(void* arg)
{
int i;
for(i = 0; i < MYNUM; i++)
ADD(x);
}
int main()
{
pthread_t id1,id2;
pthread_create(&id1, NULL, func1, NULL);
pthread_create(&id2, NULL, func1, NULL);
pthread_join(id1, NULL);
pthread_join(id2, NULL);
printf("x=%d\nMYNUM*2=%d\n", x, MYNUM*2);
return 0;
}