Question

声明：我使用vs 2010 / vs 2013，并使用3.4预建二进制文件。

我在生产代码中发现了一个错误。我将重现代码最小化到以下内容：

#include <windows.h>
#include <process.h>
#include <stdio.h>
using namespace std;

bool s_begin_init =  false;
bool s_init_done =  false;

void thread_proc(void * arg)
{
    DWORD tid = GetCurrentThreadId();
    printf("Begin Thread %2d, TID=%u\n", reinterpret_cast<int>(arg), tid);
    if (!s_begin_init)
    {
        s_begin_init = true;
        Sleep(20);
        s_init_done = true;
    }
    else
    {
        while(!s_init_done) { ; }
    }
    printf("End   Thread %2d, TID=%u\n", reinterpret_cast<int>(arg), tid);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    argc = argc                       ; argv = argv                       ; 
    for(int i = 0; i < 30; ++i)
    {
        _beginthread(thread_proc, 0, reinterpret_cast<void*>(i));
    }
    getchar();
    return 0;
}

编译并运行代码： cl / O2 / Zi /Favc.asm vc_O2_bug.cpp＆amp;＆amp; vc_O2_bug.exe

一些线程正在while循环中忙。通过检查生成的汇编代码，我找到了

的汇编代码

while（！s_init_done）{; }

是：

; Line 19
    mov al, BYTE PTR ?s_init_done@@3_NA     ; s_init_done
$LL2@thread_pro:
; Line 21
    test    al, al
    je  SHORT $LL2@thread_pro
; Line 23

很明显，当使用-O2优化标志时，VC将s_init_done复制到al寄存器，并反复测试al寄存器。

然后我使用clang-cl.exe编译器驱动程序来测试代码。结果相同，汇编代码为
等效。

看起来编译器认为变量s_init_done永远不会被更改，因为唯一更改它的值的语句位于“if”块中，该块与当前“else”分支不同。

我在VS2013上尝试了相同的代码，结果也一样。

我怀疑的是：在C ++ 98 / C ++ 03标准中，没有线程的概念。因此编译器可以为单线程机器执行这样的优化。但由于c ++ 11有线程，并且clang 3.4和VC2013都支持C ++ 11，我的问题是：

认为优化是C ++ 98 / C ++ 03和C ++ 11的编译器错误吗？

BTW：当我使用-O1代替，或者将volatile限定符添加到s_init_done时，错误消失了。

Answer 1

您的程序包含s_begin_init和s_init_done上的数据争用，因此具有未定义的行为。 Per C ++11§1.10/ 21：

程序的执行包含数据竞争，如果它在不同的线程中包含两个冲突的动作，其中至少有一个不是原子的，并且在另一个之前都不会发生。任何此类数据竞争都会导致未定义的行为。

修复是将两个布尔变量声明为原子：

std::atomic<bool> s_begin_init{false};
std::atomic<bool> s_init_done{false};

或使用mutex同步对它们的访问（我会抛出一个条件变量以避免忙等待）：

std::mutex mtx;
std::condition_variable cvar;
bool s_begin_init = false;
bool s_init_done = false;

void thread_proc(void * arg)
{
    DWORD tid = GetCurrentThreadId();
    printf("Begin Thread %2d, TID=%u\n", reinterpret_cast<int>(arg), tid);
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    if (!s_begin_init)
    {
        s_begin_init = true;
        lock.unlock();
        Sleep(20);
        lock.lock();
        s_init_done = true;
        cvar.notify_all();
    }
    else
    {
        while(!s_init_done) { cvar.wait(lock); }
    }
    printf("End   Thread %2d, TID=%u\n", reinterpret_cast<int>(arg), tid);
}

编辑：我刚注意到在OP中提到了VS2010。 VS2010 does not support C++11 atomics，因此您必须使用mutex解决方案或利用MSVC's non-standard extension that gives volatile variables acquire-release semantics：

volatile bool s_begin_init = false;
volatile bool s_init_done = false;

这种优化是否是编译器错误？

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