Я пытаюсь использовать 64-битный интеграл в качестве растрового изображения и получать/освобождать право собственности на отдельные биты атомарно.
С этой целью я написал следующий код без блокировки:
#include <cstdint>
#include <atomic>
static constexpr std::uint64_t NO_INDEX = ~std::uint64_t(0);
class AtomicBitMap {
public:
static constexpr std::uint64_t occupied() noexcept {
return ~std::uint64_t(0);
}
std::uint64_t acquire() noexcept {
while (true) {
auto map = mData.load(std::memory_order_relaxed);
if (map == occupied()) {
return NO_INDEX;
}
std::uint64_t index = __builtin_ctzl(~map);
auto previous =
mData.fetch_or(bit(index), std::memory_order_relaxed);
if ((previous & bit(index)) == 0) {
return index;
}
}
}
private:
static constexpr std::uint64_t bit(std::uint64_t index) noexcept {
return std::uint64_t(1) << index;
}
std::atomic_uint64_t mData{ 0 };
};
int main() {
AtomicBitMap map;
return map.acquire();
}
Который, на godbolt, дает следующую сборку в изоляции:
main:
mov QWORD PTR [rsp-8], 0
jmp .L3
.L10:
not rax
rep bsf rax, rax
mov edx, eax
mov eax, eax
lock bts QWORD PTR [rsp-8], rax
jnc .L9
.L3:
mov rax, QWORD PTR [rsp-8]
cmp rax, -1
jne .L10
ret
.L9:
movsx rax, edx
ret
Это именно то, что я ожидал 1.
@Jester героически сумел сократить мой 97- релейный ресивер до более простого 44-полосного репродуктора, который я еще уменьшил до 35 строк:
using u64 = unsigned long long;
struct Bucket {
u64 mLeaves[16] = {};
};
struct BucketMap {
u64 acquire() noexcept {
while (true) {
u64 map = mData;
u64 index = (map & 1) ? 1 : 0;
auto mask = u64(1) << index;
auto previous =
__atomic_fetch_or(&mData, mask, __ATOMIC_SEQ_CST);
if ((previous & mask) == 0) {
return index;
}
}
}
__attribute__((noinline)) Bucket acquireBucket() noexcept {
acquire();
return Bucket();
}
volatile u64 mData = 1;
};
int main() {
BucketMap map;
map.acquireBucket();
return 0;
}
Что генерирует следующую сборку:
BucketMap::acquireBucket():
mov r8, rdi
mov rdx, rsi
.L2:
mov rax, QWORD PTR [rsi]
xor eax, eax
lock bts QWORD PTR [rdx], rax
setc al
jc .L2
mov rdi, r8
mov ecx, 16
rep stosq
mov rax, r8
ret
main:
sub rsp, 152
lea rsi, [rsp+8]
lea rdi, [rsp+16]
mov QWORD PTR [rsp+8], 1
call BucketMap::acquireBucket()
xor eax, eax
add rsp, 152
ret
xor eax,eax означает, что сборка здесь всегда пытается получить индекс 0... в результате получается бесконечный цикл.
Я могу видеть только два объяснения этой сборки:
- Я каким-то образом вызвал Undefined Behavior.
- В gcc есть ошибка генерации кода.
И я исчерпал все свои идеи относительно того, что может вызвать UB.
Может ли кто-нибудь объяснить, почему gcc будет генерировать этот xor eax,eax?
Примечание: предварительно указывается gcc как https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=86314.
Используемая версия компилятора:
$ gcc --version
gcc (GCC) 7.3.0
Copyright (C) 2017 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions. There is
NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
PURPOSE.
Флаги компилятора:
-Wall -Wextra -Werror -Wduplicated-cond -Wnon-virtual-dtor -Wvla
-rdynamic -Wno-deprecated-declarations -Wno-type-limits
-Wno-unused-parameter -Wno-unused-local-typedefs -Wno-unused-value
-Wno-aligned-new -Wno-implicit-fallthrough -Wno-deprecated
-Wno-noexcept-type -Wno-register -ggdb -fno-strict-aliasing
-std=c++17 -Wl,--no-undefined -Wno-sign-compare
-g -O3 -mpopcnt
1 На самом деле, это лучше, чем я ожидал, компилятор понимает, что fetch_or(bit(index)) за которым следует previous & bit(index) является эквивалентом использования bts и проверка флага CF является чистым золотом.