atomic_cas_ptr

atomic_cas_ptr 是一个原子操作函数，用于在多线程环境中原子地比较和交换指针的值。它是一种用于实现无锁并发编程的技术。

该函数通常使用在需要保证数据一致性和防止竞争条件的情况下。它接受三个参数：指针的地址、期望的旧值和要替换的新值。如果指针的当前值等于期望的旧值，则将新值存储到指针的地址，并返回 true；否则，不做任何操作，并返回 false。

使用 atomic_cas_ptr 可以避免多个线程同时修改同一个指针的值导致的数据不一致问题。它提供了一种原子级别的操作，确保只有一个线程能够成功修改指针的值。

请注意，atomic_cas_ptr 的具体实现可能因编程语言和平台而异。上述描述是一种常见的实现方式，但具体细节可能会有所不同。

相关问题

avpriv_atomic_ptr_cas

`avpriv_atomic_ptr_cas`是FFmpeg库中的一个原子操作函数，用于比较和交换指针的值。其实现方式是基于平台提供的原子操作实现的。该函数的函数原型如下：

void* avpriv_atomic_ptr_cas(void * volatile *dst, void *oldval, void *newval);

下面是该函数的详细说明：

- `dst`是一个指针指向指针的变量。
- `oldval`是`dst`当前指向的变量的期望值。
- `newval`是`dst`应该被设置为的新值。

如果`*dst == oldval`，则将`*dst`设置为`newval`。函数会返回原来`*dst`的值，无论是否执行了操作。该函数保证在多线程环境下操作的原子性，因此也适用于实现锁和条件变量等同步机制。

如果需要使用该函数，需要包含头文件`libavutil/atomic.h`。

Linux 内核CAS

### Linux Kernel 中的 Compare-And-Swap 实现

在多线程环境中，原子操作对于确保数据一致性至关重要。Linux 内核提供了多种同步原语来支持并发控制，其中 `Compare-and-Swap`（简称 CAS）是一种非常重要的无锁算法构建基元。

#### 什么是 Compare-And-Swap？

CAS 是一种用于实现无锁编程的技术，在执行更新之前先比较目标位置上的旧值是否等于预期值。如果相等，则用新值替换之；如果不相等则不做任何改变并返回当前实际存储的内容。这种特性使得多个进程可以安全地尝试修改共享资源而不会相互干扰[^1]。

#### Linux 内核中的 CAS 使用方式

内核中通过宏定义的形式封装了不同架构下的具体实现细节：

#include <linux/atomic.h>

// 定义了一个名为 atomic_t 的类型用来表示整数型原子变量
typedef struct {
    int counter;
} atomic_t;

/**
 * @brief Atomically compares and exchanges value.
 *
 * If old is equal to *(ptr), then write newval into *(ptr).
 */
static inline bool __atomic_compare_exchange_n(
        volatile void* ptr,
        unsigned long* old,
        unsigned long newval,
        bool weak,
        enum memory_order success_memorder,
        enum memory_order failure_memorder);

上述代码片段展示了如何利用 C11 标准库函数来进行跨平台兼容性的 compare-exchange 操作。不过需要注意的是，真正的底层汇编指令会依据不同的硬件体系结构有所不同，比如 x86 上可能是 `LOCK CMPXCHG` 指令序列[^2]。

当涉及到更复杂的场景时，如链表节点插入删除等操作，可能会像下面这样组合使用两个 CAS 来完成一次完整的入队过程：

struct node {
    struct node *next;
};

void enqueue(struct node **tail_ptr, struct node *new_node) {
    struct node *old_tail, *next;

    do {
        old_tail = *tail_ptr;
        next = old_tail->next;
        
        /* Try setting tail->next from NULL to new_node */
        if (!__atomic_compare_exchange_n(&old_tail->next, &next, new_node,
                                        false, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_SEQ_CST))
            continue;

        /* Now try updating the tail pointer itself */
        if (__atomic_compare_exchange_n(tail_ptr, &old_tail, new_node,
                                       false, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_SEQ_CST))
            break;
            
        // 若此处失败说明有其他线程已经成功完成了尾部指针更新，
        // 那么此时我们的新结点已经被前一步加入到了列表之中
        
    } while (true);
}

这段伪代码实现了基于双 CAS 的无锁队列入队逻辑，这与提供的参考资料描述的情况相似。