Question

众所周知，std::atomic和volatile是不同的东西。

有两个主要区别：

可以针对std::atomic<int> a;进行两次优化，但不能用于volatile int a;：
- 融合操作：a = 1; a = 2;可由a = 2;
- 常量传播：a = 1; local = a;可由a = 1; local = 1;
跨原子/易失性操作重新排序普通读/写：
- 对于volatile int a;任何易失性读/写操作都不能重新排序。但附近的普通读/写仍然可以在易失性读/写周围重新排序。
- for std::atomic a;根据用于原子操作的内存屏障重新排序附近的普通读/写a.load(std::memory_order_...);

即。 volatile没有引入内存栅栏，但std::atomic可以执行此操作。

如文章中所述：

Herb Sutter，2009年1月8日 - 第1部分：http://www.drdobbs.com/parallel/volatile-vs-volatile/212701484
Herb Sutter，2009年1月8日 - 第2部分：http://www.drdobbs.com/parallel/volatile-vs-volatile/212701484?pgno=2

例如，std::atomic应该用于并发多线程程序（CPU-Core＆lt; - ＆gt; CPU-Core），但volatile应该用于访问Mamory Mapped Regions on设备（CPU-Core＆lt; - ＆gt; Device）。

但是如果需要，它们都具有不寻常的语义，并且具有无锁编码所需的任何或所有原子性和/或排序保证，即如果需要volatile std::atomic<>，则需要以下几个原因：

排序：防止普通读/写的重新排序，例如，从使用Device DMA控制器写入数据的CPU-RAM读取

例如：

char cpu_ram_data_written_by_device[1024];
device_dma_will_write_here( cpu_ram_data_written_by_device );

// physically mapped to device register
volatile bool *device_ready = get_pointer_device_ready_flag();

//... somewhere much later
while(!device_ready); // spin-lock (here should be memory fence!!!)
for(auto &i : cpu_ram_data_written_by_device) std::cout << i;

溢出：CPU写入CPU-RAM，然后从此内存读取设备DMA控制器：https://en.wikipedia.org/wiki/Register_allocation#Spilling

示例：

char cpu_ram_data_will_read_by_device[1024];
device_dma_will_read_it( cpu_ram_data_written_by_device );

// physically mapped to device register
volatile bool *data_ready = get_pointer_data_ready_flag();

//... somewhere much later
for(auto &i : cpu_ram_data_will_read_by_device) i = 10;
data_ready=true; //spilling cpu_ram_data_will_read_by_device to RAM, should be memory fence

atomic ：保证volatile操作是原子的 - 即它将由单个操作而不是多个操作组成 - 即一个8字节操作而不是两个4字节操作< / LI>

为此，Herb Sutter谈到volatile atomic<T>，2009年1月8日：http://www.drdobbs.com/parallel/volatile-vs-volatile/212701484?pgno=2

最后，表达一个具有异常语义且具有异常语义的变量所需的任何或所有原子性和/或排序保证无锁编码，只有ISO C ++ 0x草案标准提供了直接拼写它的方法：挥发性原子。

但现代标准C ++ 11（不是C ++ 0x草案），C ++ 14和C ++ 17保证volatile atomic<T>具有两种语义（volatile +原子）？

volatile atomic<T>是否保证来自volatile和atomic的最严格保证？

与volatile中一样：避免融合操作和常量传播，如问题开头所述
与std::atomic中一样：引入内存栅栏以提供排序，溢出和原子化。

我们可以从reinterpret_cast到volatile int *ptr;进行volatile std::atomic<int>*吗？

Answer 1

是的，确实如此。

第29.6.5节，“原子类型操作要求”

许多操作都是挥发性合格的。 “易失性设备寄存器”语义在标准中没有改变。此限定意味着在将这些操作应用于易失性对象时会保留波动性。

我检查了2008年到2016年的工作草案，所有这些都是相同的文字。因此它应该应用C ++ 11，C ++ 14和C ++ 17。

Answer 2

我们可以从volatile int *ptr;到volatile std::atomic<int>*重新解释吗？

当且仅当ABI指出两种类型（此处为int和std::atomic<int>）具有相同的表示形式和限制时，您才能进行此类转换：大小，对齐方式和可能的位模式；相同的位模式含义相同。

所有易失性都与ABI直接相关：具有易失性的变量必须在序列点处具有规范的ABI表示形式，并且对易失性对象的操作仅假定它们遵循其ABI要求，而没有其他要求。因此，每当在C或C ++中使用volatile时，您都可以依赖于语言标准或平台ABI。

（我希望这个答案不会被删除，因为有些人鄙视易变的语义，并依赖于ABI和特定于平台的概念。）

标准C ++ 11是否保证`volatile atomic <t>`具有语义（volatile + atomic）？

2 个答案: