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c++ - 原子变量的对齐

coder 2023-11-13 原文

自然地，为了让典型的现代处理器架构(如 x86_64)执行原子加载或存储，要读取/写入的数据需要对齐。

但是这个要求实际上是如何通过 C++11 实现/强制执行的 <atomic>变量？

假设我有一个支持 16 字节比较和交换(双字 CAS)的体系结构，因此它可以自动读/写 16 字节值，并且我定义了一个 16 字节类型:

struct double_word
{
    std::uint64_t x;
    std::uint64_t y;
};

现在，假设我包含一个 std::atomic<double_word>作为类的成员字段:

class foo
{
    public:

    std::atomic<double_word> dword;
};

我怎么知道 foo::dword实际上是在 16 字节边界上对齐？我怎么知道有人调用 dword.load()实际上 是原子的吗？

实际上，我最初开始问这个问题是因为我在 foo::dword 之前添加另一个数据成员时发生了一件奇怪的事情。 .我定义了 foo作为:

class foo
{
    public:

    std::uint64_t x;
    std::atomic<double_word> dword; 
};

当我实际对 foo::dword 执行原子加载时，并在运行 Debian Linux 的 x86_64 机器上使用 GCC 4.7.2 编译和运行，它实际上给了我一个段错误!

完整程序:

#include <atomic>
#include <cstdint>

    struct double_word
    {
        std::uint64_t x;
        std::uint64_t y;
    };

    class foo
    {
        public:

        std::uint64_t x;
        std::atomic<double_word> dword; // <-- not aligned on 16-byte boundary
    };

    int main()
    {
        foo f;
        double_word d = f.dword.load(); // <-- segfaults with GCC 4.7.2 !!
    }

这实际上是 f.dword.load() 上的段错误.起初我不明白为什么，但后来我意识到 dword 不在 16 字节边界上对齐。因此，这会导致很多问题，例如:如果原子变量未对齐并且我们尝试以原子方式加载它，编译器应该怎么做？它是未定义的行为吗？为什么程序会出现简单的段错误？

其次，C++11 标准对此有何规定？编译器是否应该确保 double_word自动对齐到 16 字节边界？如果是这样，这是否意味着 GCC 在这里只是有问题？如果不是 - 似乎由用户来确保对齐，在这种情况下任何我们使用std::atomic<T>大于一个字节，看起来我们必须使用std::aligned_storage以确保它正确对齐，这 (A) 看起来很麻烦，而 (B) 是我在实践中或在任何示例/教程中从未真正见过的事情。

那么，程序员应该如何使用 C++11 <atomic>处理这样的对齐问题？

最佳答案

这是一个 GCC 错误 https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=65147 只需添加 alignas(16) 即可解决问题。

#include <atomic>
#include <cstdint>

struct double_word
{
    std::uint64_t x;
    std::uint64_t y;
};

class foo
{
    public:

    std::uint64_t x;
    alignas(16) std::atomic<double_word> dword; // <-- not aligned on 16-byte boundary
};

int main()
{
    foo f;
    double_word d = f.dword.load(); // <-- segfaults with GCC 4.7.2 !!
}

关于c++ - 原子变量的对齐，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/26703297/

amp43codedouble_worddoublec++c++11atomic

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