为什么 std::atomic_compare_exchange 会更新预期值？

Question

为什么

std::atomic_compare_exchange

和它的所有兄弟姐妹都会更新传递的期望值？

我想知道除了循环中给定的简单性之外是否还有任何原因，例如：是否有一个内在函数可以在一次操作中做到这一点以提高性能？

Answer 1

处理器必须加载当前值，以便执行操作的“比较”部分。当比较失败时，调用者需要知道新值，以重试比较交换（您几乎总是在循环中使用它），因此如果它没有返回（例如，通过修改通过引用传递的预期值）那么调用者需要执行另一个原子加载才能获取新值。这是浪费的，因为处理器已经加载了该值。当极端性能是唯一选择时，您应该只处理低级原子操作，因此在这种情况下，您不想在一个操作可以执行时执行两个操作。

Answer 2

是否有一个内在函数可以在一次操作中做到这一点以提高性能

具体可以做什么？该指令必须加载当前值来进行比较，因此在不匹配时产生当前值不需要任何成本，并且几乎保证有用。

Answer 3

我想知道除了循环中给定的简单性之外是否还有任何原因，例如：是否有一个内在函数可以在一次操作中做到这一点以提高性能？

是的。例如，在 x86 上，此比较和交换 (CAS) 操作将由 cmpxchg 实现，并且当 CAS 失败时，此操作会更新预期值（在

rax

中传递）。 Arm CAS看起来是一样的（虽然我实际上无法从文档中看出，需要进行组装检查）。

结果可以在 goldbolt 中看到，在 CAS 之后返回更新的期望值不需要第二次读取：我们可能只返回已经加载了实际读取值的寄存器值。