C++11標準ライブラリstd::atomic_flag型について標準規格の要求*1通りロックフリー(lock-free)実装を行うにあたり、対象プロセッサに要求される命令セット・アーキテクチャ(ISA; Instruction Set Architecture)についてメモ。
2021-03-09追記：C++20標準ライブラリstd::atomic_flagではtest操作やwait／notify_*操作が追加されたため、本記事で言及する要件のみではatomic_flag型を実装できない。追加経緯は提案文書 P0995R1 を参照のこと。
atomic_flag型を実装するためには「アトミックなTest-And-Setロック命令(TSL)」または「アトミックな値交換命令」が存在すればよい。下記は仮想ISAアセンブラによるclear／test_and_set操作の実装例。*2
; m = atomic_flagのstate（0:クリア状態/1:セット状態） ;;; void atomic_flag::clear() load r1, 0 ; r1 <- 0 swap r1, [m] ; r1(値0)とアトミックに値交換 ret ;;; bool atomic_flag::test_and_set() load r1, 1 ; r1 <- 1 swap r1, [m] ; r1(値1)とアトミックに値交換 ret r1 ; 戻り値 <- r1(以前の[m]格納値)
なおatomic_flag以外のatomic変数（atomic_intなど）については、C++11標準ライブラリではロックフリー実装を要求しない。（とはいえ、可能な限りロックフリー実装がなされるはず）
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