Question

大多数语言都提供原子int操作的功能（添加，比较和交换等）。

为什么不对浮动类型？

Answer 1

从操作系统/硬件设计的角度来看，让我们思考浮点原子......

存在原子，因为它们需要同步。大多数同步涉及什么？句柄，标志，互斥锁，自旋锁 - 只要每个用户一致且用户之间不同，其实际价值毫无意义的东西。即使像信号量这样的值更有意义的东西 - 它仍然是计算而不是测量，所以无论我们认为它代表什么，32位都值32位。 / p>

其次，技术问题。我们可以编程的任何东西都可以进行整数运算。不是那么浮点 - 当C操作由C库模拟时，那些原子将在困难和不可能实现之间。即使在硬件中，FP操作通常会比整数慢，谁想要慢速锁？ FPU本身的设计甚至可能使实现原子操作变得困难 - 例如如果没有任何直接访问内存总线的情况下挂起协处理器接口。

第二个半，如果我们想要float，我们当然也需要double吗？但double通常存在比机器字更大的问题，排除了在许多架构上均匀加载和存储的原子性。

第三，当谈到像原子一样的东西时，CPU架构师倾向于实现系统设计人员和操作系统人员要求的东西，操作系统人员并不完全喜欢一般的浮点 - 愚蠢的额外寄存器来保存，减慢上下文切换...硬件中的更多指令/功能会降低功耗和复杂性，如果客户不需要它们......

因此，简而言之，用例不够用，因此没有硬件支持，因此没有语言支持。当然，在某些架构上你可以roll your own atomics，我认为GPU计算可能对主要浮点硬件的同步有更多的需求，所以谁知道它是否会保持这种状态？

Answer 2

啊，最初的问题是用Go标记的，并且略有不同，所以这就是我要回答的问题，对不起，如果这不是编辑问题的完整答案：）

使用Go，您可以原子地交换任何指针值，并在不安全的黑暗面上进行一次小行程：

http://play.golang.org/p/aFbzUMhfEB

摘录：

var uptr unsafe.Pointer
var f1, f2 float64

f1 = 12.34
f2 = 56.78
// Original values
fmt.Println(f1, f2)
uptr = unsafe.Pointer(&f1)
atomic.SwapPointer(&uptr, unsafe.Pointer(&f2))
f1 = *(*float64)(unsafe.Pointer(uptr))
// f1 now holds the value of f2, f2 is untouched
fmt.Println(f1, f2)

交换调用（以及其他原子操作，如CAS）映射到CPU架构的指令，该指令保证了这种原子性（有关更多详细信息，请参阅https://stackoverflow.com/a/1762179/1094941）。至于为什么没有花车的装配支持，我不知道。

Answer 3

为了改进Go上下文中的先前答案，我们可以使用https://golang.org/pkg/math/#Float64bits和https://golang.org/pkg/math/#Float64frombits将float64s转换为uint64s，而不直接使用不安全的软件包。

鉴于uint64，我们可以使用所有可用的原子基元。

type AtomicFloat64 uint64

func (f *AtomicFloat64) Value() float64 {
    return math.Float64frombits(atomic.LoadUint64((*uint64)(f)))
}

func (f *AtomicFloat64) Add(n float64) float64 {
    for {
        a := atomic.LoadUint64((*uint64)(f))
        b := math.Float64bits(math.Float64frombits(a) + n)
        if atomic.CompareAndSwapUint64((*uint64)(f), a, b) {
            return
        }
    }
}

Answer 4

CAS（比较和交换）是最重要的原子操作，因为可以用它来模拟其他（add，and，or等）。

我认为，浮点数不具有CAS功能的一个重要原因是，相等性不适用于IEEE754浮点数，其处理方式与整数类型不一样。例如，只要原来的期望值或实际值变成NaN，您就不会知道CAS交换是否成功。请记住，将NaN与包含NaN的任何其他值进行比较将始终返回false。

对于原子按位和算术运算，它们对浮点的用处远不如对整数有用。

浮子上的原子操作

4 个答案: