c++ - 有没有更有效的方法来原子地添加两个 float ？

Question

我有一堆由各种线程更新的 float 。数组的大小远大于线程数。因此，同时访问特定的 float 是相当罕见的。我需要 C++03 的解决方案。

以下代码以原子方式将一个值添加到其中一个 float ( live demo )。假设它有效，它可能是最好的解决方案。 我能想到的唯一选择是将数组分成几束，并用互斥锁保护每一束。但我不希望后者更有效率。

我的问题如下。有没有其他解决方案可以原子地添加 float ？任何人都可以预测哪个是最有效的吗？是的，我愿意做一些基准测试。也许可以通过放宽内存约束来改进下面的解决方案，即将 __ATOMIC_SEQ_CST 换成其他东西。我没有这方面的经验。

void atomic_add_float( float *x, float add )
{
  int *ip_x= reinterpret_cast<int*>( x ); //1
  int expected= __atomic_load_n( ip_x, __ATOMIC_SEQ_CST ); //2
  int desired;
  do  {
    float sum= *reinterpret_cast<float*>( &expected ) + add; //3
    desired=   *reinterpret_cast<int*>( &sum );
  } while( ! __atomic_compare_exchange_n( ip_x, &expected, desired, //4
                                          /* weak = */ true, 
                                          __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_SEQ_CST ) );
}

其工作原理如下。在 //1 处，x 的位模式被解释为 int，即我假设 float 和int 具有相同的大小(32 位)。在 //2 处，要增加的值以原子方式加载。在 //3 处，int 的位模式被解释为 float 并添加被加数。 (请记住，expected 包含在 ip_x == x 处找到的值。)这不会更改 ip_x == x 下的值。在 //4 如果没有其他线程更改该值，则求和结果仅存储在 ip_x == x 中，即如果 expected == *ip_x(docu)。如果不是这种情况，则 do-loop 继续并且 expected 包含找到的更新值 ad ip_x == x。

GCC 的原子访问函数(__atomic_load_n 和 __atomic_compare_exchange_n)可以很容易地被其他编译器的实现交换。

Answer 1

Are there any alternative solutions for adding floats atomically? Can anyone anticipate which is the most efficient?

当然，至少有几个想到:

1. 使用同步原语，即自旋锁。会比 compare-exchange 慢一点。

2. 交易扩展 ( see Wikipedia )。会更快，但此解决方案可能会限制可移植性。

总的来说，您的解决方案非常合理:速度很快，而且可以在任何平台上运行。

在我看来，所需的内存顺序是:

• __ATOMIC_ACQUIRE -- 当我们读取 __atomic_load_n()
中的值时
• __ATOMIC_RELEASE -- 当 __atomic_compare_exchange_n() 成功时
• __ATOMIC_ACQUIRE -- 当 __atomic_compare_exchange_n() 失败时