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c++ 嵌入汇编的方式实现int型自增

news 来源：原创 2025/5/24 16:49:51

x86/x86_64 实现

x86 平台上，使用 LOCK XADD 指令来实现原子自增：

#include <iostream>

inline int atomic_increment_x86(int* value) {
    int result;
    __asm__ __volatile__(
        "lock xaddl %1, %0"
        : "+m"(*value), "=r"(result)
        : "1"(1)
        : "memory"
    );
    return result + 1;
}

说明

lock xaddl 指令用于原子地将寄存器的值加到内存变量上，并返回原值。
+m(*value): +m 表示被修改的内存操作数。
"1"(1): 约束 1 号操作数使用寄存器，并初始化为 1。
memory 作为 clobber 说明该指令会修改内存。

ARM（ARMv7）实现

在 ARM（32 位）上，使用 ldrex 和 strex 指令实现原子操作：

#include <iostream>

inline int atomic_increment_arm(int* value) {
    int result, tmp;
    __asm__ __volatile__(
        "1: ldrex %0, [%2]\n"
        "   add %0, %0, #1\n"
        "   strex %1, %0, [%2]\n"
        "   teq %1, #0\n"
        "   bne 1b\n"
        : "=&r"(result), "=&r"(tmp)
        : "r"(value)
        : "memory", "cc"
    );
    return result;
}

说明

ldrex 加载值到 result，并设置独占标志。
add 执行加 1 操作。
strex 试图存回新值到 value，并检查是否成功（如果 strex 失败，则循环重试）。
teq %1, #0 检测 strex 失败标志，不为 0 时回到 1: 处重试。

ARM64（AArch64）实现

在 ARM64（64 位）上，可以使用 ldxr 和 stxr 进行原子操作：

#include <iostream>

inline int atomic_increment_arm64(int* value) {
    int result, tmp;
    __asm__ __volatile__(
        "1: ldxr %w0, [%2]\n"
        "   add %w0, %w0, #1\n"
        "   stxr %w1, %w0, [%2]\n"
        "   cbnz %w1, 1b\n"
        : "=&r"(result), "=&r"(tmp)
        : "r"(value)
        : "memory"
    );
    return result;
}

说明

ldxr（load exclusive register）加载 value，并建立独占访问。
stxr（store exclusive register）存储 value，如果失败，则重新加载并重试。
cbnz 指令检查 stxr 失败标志，不为 0 时回到 1: 处重试。

c++封装

#include <iostream>

inline int atomic_increment(int* value) {
#if defined(__x86_64__) || defined(__i386__)
    return atomic_increment_x86(value);
#elif defined(__aarch64__)
    return atomic_increment_arm64(value);
#elif defined(__arm__)
    return atomic_increment_arm(value);
#else
    #error "Unsupported architecture"
#endif
}

int main() {
    int counter = 0;
    std::cout << "Before: " << counter << std::endl;
    std::cout << "After: " << atomic_increment(&counter) << std::endl;
    return 0;
}