螺纹安全和钻头领域

Thread safety and bit-field

本文关键字：安全      更新时间：2023-10-16

我知道位字段依赖于编译器，但我还没有找到关于最新g++和Visual C++2010的位字段线程安全的文档。

对位字段成员的操作是原子操作吗？

不幸的是，

"线程安全"在编程中是一个非常重载的术语。

如果您的意思是原子访问位字段，答案是否定的（至少在我所知道的所有处理器上是这样）。您可以原子访问32位机器上的32位内存位置，但这只意味着您将读取或写入整个32位值。这并不意味着另一个线程不会做同样的事情。如果您希望停止，则可能需要同步。

如果您的意思是同步对位字段的访问，那么答案也是否定的，除非您将访问封装在更高级别的同步原语中（通常基于原子操作）。

简而言之，编译器不提供对位字段的原子或同步访问，而无需您额外的工作。

这有帮助吗？

编辑：Dan Grossman博士有两堂关于原子性和同步的精彩讲座，我在UOregon的CS部门页面上找到了。

在写入位字段时，可能会有一个时间窗口，在这个时间窗口中，另一个线程试图访问（读取或写入）同一结构中的任何（相同或不同）位字段都会导致"未定义行为"，这意味着任何事情都可能发生。在读取位字段时，可能会有一个时间窗口，当另一个线程试图在同一结构中写入任何位字段时都会导致"未定义行为"。

如果您实际上不能为有问题的位字段使用单独的变量，则可以将多个位字段存储在一个整数中，并通过在位字段结构和32位整数之间创建并集，然后使用CompareExchange序列进行原子更新：

  1. 将位字段的值读取为Int32。
  2. 将其转换为位字段结构
  3. 更新结构
  4. 将结构转换回Int32。
  5. 仅当变量仍保留（1）中读取的值时，才使用CompareExchange用新值覆盖该变量；如果该值已更改，请从步骤（1）重新开始。

为了使这种方法能很好地工作，步骤2-4必须很快。它们花费的时间越长，步骤5中的CompareExchange失败的可能性就越大，因此在CompareExchange成功之前，必须重新执行步骤2-4的次数就越多。

如果您想以线程安全的方式更新位字段，您需要将位字段拆分为单独的标志，并使用常规的int来存储它们。访问单独的机器字是线程安全的（尽管您需要考虑多处理器系统上的优化和缓存一致性）。

请参阅Windows互锁函数

另请参阅此相关SO问题

只需简单使用原子。AddInt32示例：

atomic.AddInt32(&intval, 1 << 0)      //set the first bit
atomic.AddInt32(&intval, 1 << 1) //set the second bit
atomic.AddInt32(&intval, -(1 << 1 + 1 << 0)) //clear the first and second bit

代码在Go中，我认为c++也有一些类似原子的东西。AddInt32

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