如何在C++中无锁CAS 64位变量的低32位？

我有一个64位共享变量，某线程希望对该变量的低32位执行CAS操作，同时忽略高32位的变化。是否存在可移植的无锁实现方式？另外，如下代码是否可行，是否会违反严格别名规则或C++对象模型？

union {
    std::atomic<uint64_t> desc;
    struct {
        std::atomic<uint32_t> ldesc;
        std::atomic<uint32_t> hdesc;
    };
} variable;

variable.desc = 0;
uint32_t x = 0;
variable.ldesc.compare_exchange_weak(x, 1);

当然有，核心思路是借助完整的64位原子变量来实现低32位的CAS，具体步骤和代码如下：

• 读取整个64位原子变量的当前值
• 提取低32位和预期值对比，不匹配则直接返回失败
• 若匹配，构造新的64位值：保留原高32位，替换低32位为目标值
• 对整个64位变量执行CAS操作，失败则循环重试

#include <atomic>
#include <cstdint>

std::atomic<uint64_t> shared_var = 0;

bool cas_low_32_bits(uint32_t expected_low, uint32_t desired_low) {
    uint64_t current_full = shared_var.load(std::memory_order_acquire);
    do {
        uint32_t current_low = static_cast<uint32_t>(current_full);
        if (current_low != expected_low) {
            expected_low = current_low;
            return false;
        }
        uint64_t new_full = (current_full & 0xFFFFFFFF00000000ULL) | static_cast<uint64_t>(desired_low);
    } while (!shared_var.compare_exchange_weak(current_full, new_full,
                std::memory_order_release, std::memory_order_acquire));
    return true;
}

这种方案完全遵循C++标准，不依赖任何平台特定逻辑，在所有支持std::atomic<uint64_t>的平台上都能稳定工作。

这段代码属于未定义行为，完全不符合C++标准，具体问题如下：

• 违反union活跃成员规则：C++标准规定，union同一时间只能有一个活跃成员。你初始化了variable.desc（std::atomic<uint64_t>类型）后，该成员成为活跃成员，此时访问ldesc和hdesc属于访问不活跃的union成员，是标准明确禁止的操作。
• 违反严格别名规则：std::atomic<uint64_t>与两个std::atomic<uint32_t>是完全不同的类型，通过union重叠存储后交叉访问，会触发严格别名违规，编译器可能生成错误的机器码（比如忽略内存同步、错误优化读写逻辑）。
• 原子对象布局无保证：std::atomic类型的内部实现依赖平台，标准不保证std::atomic<uint64_t>能拆分为两个独立的std::atomic<uint32_t>。比如部分平台的原子操作需要特定对齐要求，或内部包含同步元数据，这种拆分逻辑根本不成立。

哪怕在某个平台上这段代码碰巧能运行，也不具备可移植性，随时可能因编译器版本、平台变化导致崩溃或逻辑错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者blonded04