gcc從4.1.2開始提供__sync_*系列的內建函式，用於提供加減和邏輯運算的原子操作。type是1,2,4或8位元組長度的整形。後面的可擴充套件引數(...)用來指出哪些變數需要memory barrier,因為目前gcc實現的是full barrier（類似於linux kernel 中的mb(),表示這個操作之前的所有記憶體操作不會被重排序到這個操作之後）,所以可以略掉這個引數。在32位系統使用的話，可能需要加編譯選項-march=pentium4或-march=i686或-march=i586或-march=i486等選項enable  __sync*的支援。另外32位系統可能不支援

第一組，返回更新前的值(類比i++)

type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...)

等價於原子版本的

{ tmp = *ptr; *ptr += value; return tmp; }

type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...)

等價於原子版本的

{ tmp = *ptr; *ptr -= value; return tmp; }

type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...)

等價於原子版本的

{ tmp = *ptr; *ptr |= value; return tmp; }

type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value, ...)

等價於原子版本的

{ tmp = *ptr; *ptr &= value; return tmp; }

type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value, ...)

等價於原子版本的

{ tmp = *ptr; *ptr ^= value; return tmp; }

type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value, ...)

等價於原子版本的

{ tmp = *ptr; *ptr = ~tmp & value; return tmp; }

第二組，返回更新後的值(類比++i)

type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
等價於原子版本的

{ *ptr += value; return *ptr; }

type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
等價於原子版本的

{ *ptr -= value; return *ptr; }

type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

等價於原子版本的

{ *ptr |= value; return *ptr; }

type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

等價於原子版本的

{ *ptr &= value; return *ptr; }

type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

等價於原子版本的

{ *ptr ^= value; return *ptr; }

type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

等價於原子版本的

{ *ptr = ~*ptr & value; return *ptr; } 

第三組 compare and swap

bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)

type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)這兩個函式提供原子的比較和交換，如果*ptr == oldval,就將newval寫入*ptr,
第一個函式在*ptr == oldval並將newval寫入*ptr的情況下返回true.
第二個函式返回操作之前的*ptr值。

第四組 memory barrier

memory barrier有幾種型別： acquire barrier : 不允許將barrier之後的記憶體讀取指令移到barrier之前（linux kernel中的wmb()）。 release barrier : 不允許將barrier之前的記憶體讀取指令移到barrier之後(linux kernel中的rmb())。 full barrier    : acquire barrier、release barrier的合集(linux kernel中的mb())。

__sync_synchronize (...)

一個full barrier.
cpu可能會對我們的指令進行排序，以亂序執行來提高程式的效率，但有時候可能造成我們不希望得到的結果，舉一個例子，比如我們有一個硬體裝置，它有4個暫存器，當你發出一個操作指令的時候，一個暫存器存的是你的操作指令（比如READ），兩個暫存器存的是引數（比如是地址和size），最後一個暫存器是控制暫存器，在所有的引數都設定好之後向其發出指令，裝置開始讀取引數，執行命令，程式可能如下：

write1(dev.register_size,size);
    write1(dev.register_addr,addr);
    write1(dev.register_cmd,READ);
    write1(dev.register_control,GO);

如果最後一條write1被換到了前幾條語句之前，那麼肯定不是我們所期望的，這時候我們可以在最後一條語句之前加入一個memory barrier,強制cpu執行完前面的寫入以後再執行最後一條：

write1(dev.register_size,size);
    write1(dev.register_addr,addr);
    write1(dev.register_cmd,READ);
    __sync_synchronize();
    write1(dev.register_control,GO);

__sync_synchronize 另一個應用場景是用以singleton實現。

一般的singleton只實現了double check + lock，但是這樣的實現不是完美的，可能返回一個還沒有來得及呼叫建構函式的物件。

有缺陷的實現：

比較好的實現：

type __sync_lock_test_and_set (type *ptr, type value, ...)

一個acquire barrier。將*ptr設為value並返回*ptr操作之前的值。void __sync_lock_release (type *ptr, ...)

一個release barrier。將*ptr置0

應用：用__sync_lock_test_and_set, __sync_lock_release實現spinlock（自旋鎖）。

typedef volatile unsigned int spinlock_t;

inline void Lock(spinlock_t* lock)

{

  // 為了防止迴圈次數過多或者死迴圈，可以對while迴圈加一個次數限制

 while (__sync_lock_test_and_set(lock, 1))

  {

      // 留空或者加上sleep之類的。

     }

}

inline void Unlock(spinlock_t* lock)

{

   __sync_lock_release(lock);

}