Как оператор битового сдвига реализован в C. Является ли он атомарным?

Question

Я хочу знать, как побитовый оператор смены "<<" и ">>" реализован на языке. Это атомный или нет? Сдвигает ли все слово сразу или перемещает каждый бит один за другим.

Существуют ли зависимости от компилятора, операционной системы или компьютерной архитектуры?

В стандарте C определяется, как будет выполняться оператор сдвига?

Пример:

скажем две нити получают доступ к данным. один из них изменяет его, сдвигая 3 бита. так делает это 3-битное смещение атомной операции или нет? следует ли использовать блокировки для обработки этой модификации?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Это всего лишь оператор смены, без инструкции по хранению. данные уже находятся в памяти, поэтому нет загрузки. Мой процессор: Powerpc MPC8569, архитектура ядра e600.

Answer 1

Это зависит от того, какой стандарт вы говорите.

AFAIU, только атомарные операции (в явном виде определяются как атомные) в С11 являются те, связанными с <stdatomic.h>

Вы можете представить себе процессор Терагерцевого с 4 битами АЛУ; даже простое дополнение int32_t не будет атомарным.

Answer 2

C гарантирует только атомный доступ для переменных типа _Atomic, которые были введены в C11.

Для всех других ситуаций никогда не существует никаких гарантий атомного доступа. Вам нужно будет разобрать код C, чтобы узнать, сколько команд ассемблера он сгенерировал. Как правило, одна инструкция ассемблера всегда атомарна.

Но ваш вопрос не имеет особого смысла, потому что контекста нет. Куда бы произошел сдвиг? Вы планируете хранить его где-нибудь? Тогда это две операции: смена и сохранение. Возможно также и нагрузка. Если вы пишете алгоритм, который сам по себе не является атомарным, как вы ожидаете, что компилятор волшебным образом сделает его атомарным для вас?

Answer 3

Это зависит от используемого вами процессора.

Если присутствует инструкция для побитового сдвига, которая присутствует на большинстве ядер x86 и 16-разрядных и 32-разрядных микроконтроллерах, то она является атомарной.

Если, однако, у вас есть 8-разрядный микроконтроллер без инструкции по сдвигу бит или вы пытаетесь сдвинуть бит большого значения (например, 64 бит или 128 бит), то в инструкции может потребоваться довольно много кода.

Answer 4

Обычно это должно быть SHLD/SHRD - двойной точности сдвига (386+) https://web.itu.edu.tr/kesgin/mul06/intel/instr/shld_shrd.html

Я думаю, что это атомная, потому что это одна команда. В противном случае вы можете использовать атомный или volatile, если c поддерживает его, C++ 11 поддерживает его.

Answer 5

Я написал две программы

#include<stdio.h> 
    int main() 
    { 
    int i = 5; 
    return 0; 
    } 

Его ассемблерный код, сгенерированный для PowerPC архитектуры код 1

.file "hello.c" 
    .section ".text" 
    .align 2 
    .globl main 
    .type main, @function 
main: 
    stwu 1,-32(1) 
    stw 31,28(1) 
    mr 31,1 
    li 0,5 
    stw 0,8(31) 
    li 0,0 
    mr 3,0 
    lwz 11,0(1) 
    lwz 31,-4(11) 
    mr 1,11 
    blr 
    .size main, .-main 
    .ident "GCC: (GNU) 4.2.2" 
    .section .note.GNU-stack,"",@progbits 

Второй код

#include<stdio.h> 
    int main() 
    { 
    int i = 5; 
    i = i<<1; 
    return 0; 
    } 

Моя сборка код, сгенерированный для PowerPC архитектуры кода 2 -

 .file "hello.c" 
     .section ".text" 
     .align 2 
     .globl main 
     .type main, @function 
    main: 
     stwu 1,-32(1) 
     stw 31,28(1) 
     mr 31,1 
     li 0,5 
     stw 0,8(31) 
     lwz 0,8(31) // extra 
     slwi 0,0,1 // extra 
     stw 0,8(31) // extra 
     li 0,0 
     mr 3,0 
     lwz 11,0(1) 
     lwz 31,-4(11) 
     mr 1,11 
     blr 
     .size main, .-main 
     .ident "GCC: (GNU) 4.2.2" 
     .section .note.GNU-stack,"",@progbits 

Вы видите, есть три дополнительные Instruction, поэтому операция не является атомарной

Я также скомпилирован это на i7 ПК Intel. Вот результаты:

ассемблерный код генерируется для первого кода: код

.file "hello.c" 
    .text 
    .globl main 
    .type main, @function 
main: 
.LFB0: 
    .cfi_startproc 
    pushq %rbp 
    .cfi_def_cfa_offset 16 
    .cfi_offset 6, -16 
    movq %rsp, %rbp 
    .cfi_def_cfa_register 6 
    movl $5, -4(%rbp) 
    movl $0, %eax 
    popq %rbp 
    .cfi_def_cfa 7, 8 
    ret 
    .cfi_endproc 
.LFE0: 
    .size main, .-main 
    .ident "GCC: (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.1) 4.8.4" 
    .section .note.GNU-stack,"",@progbits 

Сборка Генерация кода 2:

.file "hello.c" 
    .text 
    .globl main 
    .type main, @function 
main: 
.LFB0: 
    .cfi_startproc 
    pushq %rbp 
    .cfi_def_cfa_offset 16 
    .cfi_offset 6, -16 
    movq %rsp, %rbp 
    .cfi_def_cfa_register 6 
    movl $5, -4(%rbp) 
    sall -4(%rbp) // only one extra instruction 
    movl $0, %eax 
    popq %rbp 
    .cfi_def_cfa 7, 8 
    ret 
    .cfi_endproc 
.LFE0: 
    .size main, .-main 
    .ident "GCC: (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.1) 4.8.4" 
    .section .note.GNU-stack,"",@progbits 

Итак, я понимаю, что, ответ зависит от архитектуры мы используются.