folly/AtomicStruct.h

   1 /*
   2  * Copyright 2017 Facebook, Inc.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at
   7  *
   8  *   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 #pragma once
  18
  19 #include <folly/Traits.h>
  20 #include <folly/synchronization/detail/AtomicUtils.h>
  21 #include <stdint.h>
  22 #include <string.h>
  23 #include <atomic>
  24 #include <type_traits>
  25
  26 namespace folly {
  27
  28 namespace detail {
  29 template <int N> struct AtomicStructIntPick {};
  30 } // namespace detail
  31
  32 /// AtomicStruct<T> work like C++ atomics, but can be used on any POD
  33 /// type <= 8 bytes.
  34 template <
  35     typename T,
  36     template <typename> class Atom = std::atomic,
  37     typename Raw = typename detail::AtomicStructIntPick<sizeof(T)>::type>
  38 class AtomicStruct {
  39   static_assert(alignof(T) <= alignof(Raw),
  40       "target type can't have stricter alignment than matching int");
  41   static_assert(sizeof(T) <= sizeof(Raw),
  42       "underlying type isn't big enough");
  43   static_assert(std::is_trivial<T>::value ||
  44                 folly::IsTriviallyCopyable<T>::value,
  45       "target type must be trivially copyable");
  46
  47   union {
  48     Atom<Raw> data;
  49     T typedData;
  50   };
  51
  52   static Raw encode(T v) noexcept {
  53     // we expect the compiler to optimize away the memcpy, but without
  54     // it we would violate strict aliasing rules
  55     Raw d = 0;
  56     memcpy(&d, &v, sizeof(T));
  57     return d;
  58   }
  59
  60   static T decode(Raw d) noexcept {
  61     T v;
  62     memcpy(&v, &d, sizeof(T));
  63     return v;
  64   }
  65
  66  public:
  67   AtomicStruct() = default;
  68   ~AtomicStruct() = default;
  69   AtomicStruct(AtomicStruct<T> const &) = delete;
  70   AtomicStruct<T>& operator= (AtomicStruct<T> const &) = delete;
  71
  72   constexpr /* implicit */ AtomicStruct(T v) noexcept : typedData(v) {}
  73
  74   bool is_lock_free() const noexcept {
  75     return data.is_lock_free();
  76   }
  77
  78   bool compare_exchange_strong(
  79       T& v0,
  80       T v1,
  81       std::memory_order mo = std::memory_order_seq_cst) noexcept {
  82     return compare_exchange_strong(
  83         v0, v1, mo, detail::default_failure_memory_order(mo));
  84   }
  85   bool compare_exchange_strong(
  86       T& v0,
  87       T v1,
  88       std::memory_order success,
  89       std::memory_order failure) noexcept {
  90     Raw d0 = encode(v0);
  91     bool rv = data.compare_exchange_strong(d0, encode(v1), success, failure);
  92     if (!rv) {
  93       v0 = decode(d0);
  94     }
  95     return rv;
  96   }
  97
  98   bool compare_exchange_weak(
  99       T& v0,
 100       T v1,
 101       std::memory_order mo = std::memory_order_seq_cst) noexcept {
 102     return compare_exchange_weak(
 103         v0, v1, mo, detail::default_failure_memory_order(mo));
 104   }
 105   bool compare_exchange_weak(
 106       T& v0,
 107       T v1,
 108       std::memory_order success,
 109       std::memory_order failure) noexcept {
 110     Raw d0 = encode(v0);
 111     bool rv = data.compare_exchange_weak(d0, encode(v1), success, failure);
 112     if (!rv) {
 113       v0 = decode(d0);
 114     }
 115     return rv;
 116   }
 117
 118   T exchange(T v, std::memory_order mo = std::memory_order_seq_cst) noexcept {
 119     return decode(data.exchange(encode(v), mo));
 120   }
 121
 122   /* implicit */ operator T () const noexcept {
 123     return decode(data);
 124   }
 125
 126   T load(std::memory_order mo = std::memory_order_seq_cst) const noexcept {
 127     return decode(data.load(mo));
 128   }
 129
 130   T operator= (T v) noexcept {
 131     return decode(data = encode(v));
 132   }
 133
 134   void store(T v, std::memory_order mo = std::memory_order_seq_cst) noexcept {
 135     data.store(encode(v), mo);
 136   }
 137
 138   // std::atomic also provides volatile versions of all of the access
 139   // methods.  These are callable on volatile objects, and also can
 140   // theoretically have different implementations than their non-volatile
 141   // counterpart.  If someone wants them here they can easily be added
 142   // by duplicating the above code and the corresponding unit tests.
 143 };
 144
 145 namespace detail {
 146
 147 template <> struct AtomicStructIntPick<1> { typedef uint8_t type; };
 148 template <> struct AtomicStructIntPick<2> { typedef uint16_t type; };
 149 template <> struct AtomicStructIntPick<3> { typedef uint32_t type; };
 150 template <> struct AtomicStructIntPick<4> { typedef uint32_t type; };
 151 template <> struct AtomicStructIntPick<5> { typedef uint64_t type; };
 152 template <> struct AtomicStructIntPick<6> { typedef uint64_t type; };
 153 template <> struct AtomicStructIntPick<7> { typedef uint64_t type; };
 154 template <> struct AtomicStructIntPick<8> { typedef uint64_t type; };
 155
 156 } // namespace detail
 157
 158 } // namespace folly