C语言的原子操作（待完善）

一、什么是原子操作

原子操作是不可分割的，在执行完毕之前不会被任何其它任务或事件中断，可以视为最小的操作单元，是在执行的过程中、不会导致对数据的并发访问的、最小操作，因此称为原子操作。最简单的原子操作，就是交换一个寄存器和一个内存地址的值，

原子操作，是实现锁机制的基础。mutex，spinlock等，在其底层都有一个关键的原子操作。在编程语言中一般分为两种情况）：

1. 在单线程中， 能够在单条指令中完成的操作都可以认为是" 原子操作"，因为中断只能发生于指令之间；
2. 在多线程中，不能被其它进程（线程）打断的操作就叫原子操作。

二、为什么需要原子操作

在多核处理器的机器上，对于同一个变量值所存在的内存区域可能被多个CPU短时间内同时访问，从而导致该值得不稳定性。例如在多线程中，初始化 i = 0，对于 i++ 这个操作，同时有2个线程对其进行了调用则有可能导致第一个线程用时 i 的值为 2

i++ 的操作分为三步：

1. 内存访问，读取i变量的值到CPU的寄存器中；
2. 使寄存器中的值 +1；
3. 将寄存器中的值写回到内存。

由此可见，i++并不是原子操作，在没有线程保护的多线程处理器中，每一步都有可能被外部中断给打断，从而影响到 i 的值。如果2个线程同时调用了 i++，i 可能直接从 0 变为 2——线程1 在寄存器中使得 i自增1的同时线程2也在做此操作，因此当取出寄存器中i的值到内存时，i 不知不觉被加了2次

三、API

//将value加到*ptr上，结果更新到*ptr，并返回操作之前*ptr的值
type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...) // 从*ptr减去value，结果更新到*ptr，并返回操作之前*ptr的值
type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...) // 将*ptr与value相或，结果更新到*ptr， 并返回操作之前*ptr的值
type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...) // 将*ptr与value相与，结果更新到*ptr，并返回操作之前*ptr的值
type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value, ...) // 将*ptr与value异或，结果更新到*ptr，并返回操作之前*ptr的值
type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value, ...) // 将*ptr取反后，与value相与，结果更新到*ptr，并返回操作之前*ptr的值
type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value, ...) // 将value加到*ptr上，结果更新到*ptr，并返回操作之后新*ptr的值
type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value, ...) // 从*ptr减去value，结果更新到*ptr，并返回操作之后新*ptr的值
type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value, ...) // 将*ptr与value相或， 结果更新到*ptr，并返回操作之后新*ptr的值
type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value, ...) // 将*ptr与value相与，结果更新到*ptr，并返回操作之后新*ptr的值
type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value, ...) // 将*ptr与value异或，结果更新到*ptr，并返回操作之后新*ptr的值
type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value, ...) // 将*ptr取反后，与value相与，结果更新到*ptr，并返回操作之后新*ptr的值
type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value, ...) // 比较*ptr与oldval的值，如果两者相等，则将newval更新到*ptr并返回true
bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...) // 比较*ptr与oldval的值，如果两者相等，则将newval更新到*ptr并返回操作之前*ptr的值
type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)