Question

假设A，B，a和b都是变量，地址A，B，{{ 1}}和a都不同。然后，对于以下代码：

C和C ++标准是否明确要求在A = a; B = b;之前严格执行A=a？鉴于B=b，A，B和a的地址都不同，编译器是否允许交换两个语句的执行顺序以用于某些目的，例如优化？

如果我的问题的答案在C和C ++中有所不同，我想知道两者。

编辑：问题的背景如下。在棋盘游戏AI设计中，对于优化，人们使用lock-less shared-hash table，如果我们不添加b限制，则其正确性在很大程度上取决于执行顺序。

Answer 1

这两个标准都允许这些指令不按顺序执行，只要这不会改变可观察的行为。这被称为as-if规则：

请注意，正如评论中所指出的那样，＆＃34;可观察行为＆＃34;是具有已定义行为的程序的可观察行为。如果你的程序有未定义的行为，那么编译器就可以免于推理。

Answer 2

编译器只有义务模拟程序的可观察行为，因此如果重新排序不违反该原则，那么它将被允许。假设行为定义良好，如果您的程序包含undefined behavior，例如数据竞争，那么程序的行为将是不可预测的，并且评论将需要使用某种形式的同步来保护关键部分。

有用的参考资料

一篇有趣的文章是Memory Ordering at Compile Time，它说：

记忆重新排序的基本规则，这是普遍遵循的   编译器开发人员和CPU供应商可以表达如下：


您不得修改单线程程序的行为。

示例

本文提供了一个简单的程序，我们可以看到这个重新排序：

int A, B;  // Note: static storage duration so initialized to zero

void foo()
{
    A = B + 1;
    B = 0;
}

并显示更高的优化级别B = 0在A = B + 1之前完成，我们可以使用godbolt重现此结果，使用-O3生成以下内容（ see it live 的）：

movl    $0, B(%rip) #, B
addl    $1, %eax    #, D.1624

为什么？

为什么编译器重新排序？文章解释了这与处理器完全相同的原因，因为架构的复杂性：

正如我在开始时提到的，编译器会修改内存的顺序交互出于与处理器相同的原因 - 性能优化。这种优化是直接后果现代CPU复杂性。

标准

在C ++标准草案中，1.9 程序执行部分对此进行了介绍，其中说明了（强调我的前进）：

本国际标准中的语义描述定义了一个参数化非确定性抽象机。这个国际标准对符合结构没有要求实现。特别是，他们不需要复制或模仿抽象机器的结构。 相反，符合实施需要模仿（仅）抽象的可观察行为机器，如下所述。⁵

脚注5告诉我们这也称为 as-if规则：

此规定有时称为“as-if”规则，因为实施可以忽略任何要求 国际标准只要结果就好像要求一样从可观察的角度来看，已经服从了行为的程序。例如，实际的实施需要如果它可以推导出它的值，则不评估表达式的一部分未使用，没有影响可观察行为的副作用制作该节目。

草案C99和草案C11标准在5.1.2.3 程序执行部分中介绍了这一点，尽管我们必须转到索引才能看到它被称为 as-if规则在C标准中：

as-if rule，5.1.2.3

无锁注意事项的更新

文章An Introduction to Lock-Free Programming很好地涵盖了这个主题，对于OP关于无锁共享哈希表实现的关注，本节可能是最相关的：

内存订购

如流程图所示，无论何时进行无锁编程   多核（或任何symmetric multiprocessor），以及您的环境   不保证顺序一致性，你必须考虑如何防止   memory reordering

在今天的架构中，强制执行正确内存排序的工具   通常分为三类，这会阻止compiler reordering和processor reordering：


轻量级同步或围栏指令，我将在future posts;
中讨论
完整的记忆围栏指令，我demonstrated previously;

提供获取或释放语义的内存操作。


获取语义可防止对后续操作进行内存重新排序   它按程序顺序排列，释放语义可防止内存重新排序   之前的操作。这些语义特别适合   在有生产者/消费者关系的情况下，其中一个   线程发布一些信息，另一个读取它。我也会   在未来的帖子中更多地谈论这个。

Answer 3

如果没有指令的依赖性，如果最终结果不受影响，这些也可能无序执行。您可以在调试以更高优化级别编译的代码时观察到这一点。

Answer 4

由于A = a;和B = b;在数据依赖性方面是独立的，这应该不重要。如果前一条指令的输出/结果影响后续指令的输入，则排序很重要，否则不重要。这通常是严格顺序执行。

Answer 5

我的阅读是，这需要通过C ++标准工作;但是，如果您尝试将其用于多线程控制，则它在该上下文中不起作用，因为这里没有任何内容可以保证寄存器以正确的顺序写入内存。

正如您的编辑所示，您正试图将其用于无法正常工作的位置。

Answer 6

如果你这样做可能会引起人们的兴趣：

{ A=a, B=b; /*etc*/ }

请注意逗号代替分号。

然后C ++规范和任何确认编译器必须保证执行顺序，因为总是从左到右计算逗号运算符的操作数。这确实可以用来防止优化器通过重新排序来破坏你的线程同步。逗号实际上成为一个障碍，不允许重新排序。

对于{A = a; B = B; }，将＆＃34; A = a＆＃34;在＆＃34; B = b＆＃34;之前严格执行？

6 个答案: