原子读-修改-写是单个原子操作还是可分离的操作？

原子读-修改-写是原子操作还是可分离操作？

原子读-修改-写（RMW）操作，例如x.exchange() 是读取和写入内存位置并确保读取和写入操作按顺序执行的原子操作。但是，没有明确定义这些操作是被视为单个原子操作还是获取加载和释放存储的组合。

标准的视角

来自从 C 标准的角度来看，RMW 操作被视为单个操作。从以下事实可以明显看出这一点：它具有单一名称 (RMW)，并且被标准称为单一操作。例如，[N4860](https://isocpp.org/files/papers/n4860.pdf)（工作论文草案 std::memory_order）指出：

“使用此命令进行读取-修改-写入操作内存顺序既是获取操作又是释放操作，在此之前或之后当前线程中的内存读取或写入都不能重新排序。

原子操作与可分离操作

原子操作和可分离操作之间的区别很重要，因为它决定了其他操作如何与它们交互。如果 RMW 操作被视为原子操作，则意味着它不能相对于其他内存访问进行重新排序。但是，如果将其视为可分离的，则可以在操作的加载和存储组件之间重新排序。

示例代码

考虑以下代码示例，它使用 x.exchange() 和 y.store() 设置两个原子变量 x 和y.

std::atomic<int> x, y;

void thread_A() {
    x.exchange(1, std::memory_order_acq_rel);
    y.store(1, std::memory_order_relaxed);
}

void thread_B() {
    int yy = y.load(std::memory_order_acquire);
    int xx = x.load(std::memory_order_acquire);
    std::cout << xx << ", " << yy << std::endl;
}

如果 x.exchange() 被视为单个原子操作，则意味着该操作的加载和存储组件无法重新排序。因此，线程 B 总是观察到 x 和 y 的值都是 1 或都是 0。

但是，如果 x.exchange() 被视为可分离的，则存在加载和存储的可能性操作的组件可以重新排序。在这种情况下，线程 B 可能会观察到 x 和 y 的值为 0、1，因为来自 x 的加载可能会在存储到 y 之前重新排序。

编译器实现和标准解释

从标准的角度来看，线程 B 似乎不应该观察到 0, 1。但是，代码的 ARM64 实现表明 RMW 操作被视为可分离的，从而允许在加载和存储组件之间重新排序。

这种明显的差异引发了一个问题：cppreference 引用是否不正确，或者仅仅是对标准的误解。虽然 cppreference 引用可能并不完全准确，但它符合标准将 RMW 操作视为单个原子操作的一般处理方式。

需要注意的是，该标准没有明确定义 RMW 操作在所有情况。特别是，它没有提供关于同步关系如何应用于 RMW 操作的明确指导。因此，RMW 操作可能存在不同的解释和实现空间。

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