跨平台用戶態自旋鎖實現：Windows VC 與 Linux GCC 統一介面

適用場景

自旋鎖適合競爭輕微、臨界區極短的情況（驅動、內核常用）。本文提供純用戶態、跨平台（Win32+VC / Linux+GCC≥4.1.2）的 C 介面實現。

介面設計

typedef struct {
    volatile long flag_;       // 鎖標誌位（或指向外部標誌）
    volatile long* spin_;      // 實際自旋變數位址
} spin_lock_t;

void spin_init(spin_lock_t* lock, long* flag);   // flag=NULL 時用內部 flag_
void spin_lock(spin_lock_t* lock);               // 阻塞式獲取
int  spin_trylock(spin_lock_t* lock);            // 非阻塞嘗試
void spin_unlock(spin_lock_t* lock);             // 釋放
int  spin_is_lock(spin_lock_t* lock);            // 查詢狀態

核心原子操作映射表

關鍵實現片段

void spin_lock(spin_lock_t* lock) {
#ifdef _MSC_VER
    for (; 0 != InterlockedExchange((volatile long*)lock->spin_, 1); )
        Sleep(1);
#elif defined(__GNUC__)
    for (; 0 != __sync_fetch_and_or(lock->spin_, 1); )
        sched_yield();
#endif
}

void spin_unlock(spin_lock_t* lock) {
#ifdef _MSC_VER
    InterlockedExchange((volatile long*)lock->spin_, 0);
#elif defined(__GNUC__)
    __sync_and_and_fetch(lock->spin_, 0);
#endif
}

設計細節

• spin_ 可指向外部標誌，支援多鎖共享單一旗標（如陣列鎖）；
• volatile 防止編譯器優化掉自旋讀寫；
• GCC 版本檢查確保內建原子函數可用；
• 無 C++ 依賴，純 C 介面，嵌入式專案亦可直接使用。

效能提示

自旋等待時呼叫 Sleep(1) / sched_yield() 釋放時間片，避免佔滿 CPU。若臨界區極短（幾十指令），可改為 _mm_pause() / __builtin_ia32_pause() 總線鎖優化。