_C 中任意大小的原子结构体赋值？

Question

C 标准规定*任何类型（明确禁止的类型除外 - 见下文）都可以用

_Atomic

限定，例如：

struct S {
    char a[4096];
};

_Atomic struct S s1, s2;

这是否意味着这样的分配

struct

:

s1 = s2;          // atomic?

是原子的吗？ 生成的 x86-64 程序集（例如）调用了

__atomic_load

和

__atomic_store

，这是否意味着复制整个 4K 数组是原子完成的，即，没有其他线程可以访问

s2

，而加载它并且在存储到其中时没有其他线程可以访问

s1

？

如果它不是真正的原子性，为什么编译器至少不发出警告？ 在这样的

_Atomic

上允许

struct

有什么用？

我的印象是你只能制作小尺寸的物体（

sizeof(T)

<= 16) be atomic.

---

* C11 标准，§6.7.2.4¶3:

原子类型说明符中的类型名称不得引用数组类型、函数类型、原子类型或限定类型。

同上。 §6.7.3¶3:

_Atomic

限定符修饰的类型不能是数组类型或函数类型。

对我来说，这意味着任何未明确禁止的类型都是允许的。 FWIW，

gcc

和

clang

都毫无怨言地编译了代码。

如果您对

struct

内的数组感到困扰，那么您可以按照Peter的建议进行操作，例如：

struct S2 {
    int a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8, a9, a10;
    int a11, a12, a13, a14, a15, a16, a17, a18, a19, a20;
    // ...
};

为这样的

struct

分配两个变量的代码也将毫无抱怨地编译并生成涉及

__atomic_load

和

__atomic_store

的机器代码。

Answer 1

这是否意味着这样一个结构的赋值：

s1 = s2;          // atomic?

是原子的吗？

这似乎是语言规范的意图，就其本身的“原子”意义而言，尽管它并没有完全按照这些术语进行阐述。 但是，您需要了解规范中“原子”的含义与 C 内存模型相关，而不一定与实现使用的 CPU 指令类型相关。

C 定义所有格式正确的

_Atomic

限定（或 C23 中的

atomic

限定）类型都是“原子类型”(C23 6.2.5/25)，并且它指定了对象行为的各种细节具有原子类型，无需进一步区分。 特别是，它说

具有原子类型的对象的加载和存储是通过

memory_order_seq_cst

语义完成的。

(C23 6.2.6.1/9)

我采用内存排序规范来假定原子性。

此外，虽然简单分配的规范没有具体说明此类分配是“原子地”执行的，但它们确实引用了 6.2.6.1/9（在 C23 6.5.17.1/2 中）。 此外，复合赋值操作的规范规定，当左操作数具有原子类型时

当[左操作数]具有原子类型时，复合赋值是具有

memory_order_seq_cst

内存顺序语义的读取-修改-写入操作。

这不仅是对内存排序语义的另一个引用，而且“读取-修改-写入”是原子操作的术语，特别是在具有原子类型的左操作数的上下文中给出。

我的印象是你只能制作小尺寸的物体（sizeof（T）<= 16) be atomic.

语言规范没有这样的限制。 正如您所观察到的，它确实规定了数组类型和函数类型不得具有

_Atomic

限定，但除此之外，语言语法允许任何类型具有

_Atomic

限定，定义了这样的含义类型，并指定与原子类型相关的行为，而不将此类类型划分为不同的类别（除非下面描述）。

我认为您的印象与对如何实现原子类型和操作的特定期望有关，但规范并未解决该级别。 但请注意，C 明确允许在锁的帮助下（透明地）完成原子操作。 为此，它允许原子类型的大小可以不同于其非原子类型的大小，并且它提供了函数

atomic_is_lock_free()

来确定特定原子类型是否是无锁的。 您应该期望实现将使用此功能来实现 C 原子操作语义，而它们不能或不会选择通过专用 CPU 指令或类似的低级机制来实现。