Question

我一直在辩论一个关于多线程环境中局部变量的案例。

问题在于形成如下的程序：

std::mutex mut;

int main()
{
    std::size_t i = 0;
    doSomethingWhichMaySpawnAThreadAndUseTheMutex();
    mut.lock();
    i += 1;        // can this be reordered?
    mut.unlock();
    return i;
}

问题在于i += 1是否可以在互斥锁定之上重新排序。

明显的部分是mut.lock() 发生在 i += 1之前，所以如果任何其他线程可能能够观察到i的值，编译器有义务不增加它。从C ++规范的3.9.2.3开始，＆＃34;如果类型T的对象位于地址A，则类型为cv T *的指针（其值为地址A）被称为指向该对象，无论如何获得该值。＆＃34;＆＃34;这意味着如果我使用任何方法获得指向i的指针，我可以期望看到正确的值。

但是，规范确实说明编译器可能会使用＆＃34; as-if＆＃34;规则不给对象一个记忆地址（第1.8.6节的脚注4）。例如，i可以存储在没有内存地址的寄存器中。在这种情况下，没有内存地址可以指向，因此编译器可以证明没有其他线程可以访问i。

我感兴趣的问题是如果编译器没有这样做＆＃34; as-if＆＃34;优化，确实存储了对象。是否允许编译器存储i，但是如果实际上没有存储i那么会重新排序吗？从实现的角度来看，这意味着i可能存储在堆栈中，因此可能有一个指针指向它，但让编译器假设没有人能看到i，并且重新订购？

Answer 1

只要在没有这些优化的情况下合法地获得程序执行的可观察结果（＆＃34; as-if＆＃34;），就允许编译器执行优化。^[1]所以这个问题使用＆＃34; as-if＆＃34;以误导的方式，如果不是实际问一个倒退的问题：

是否允许编译器存储i，但是如果i实际上没有存储，那么会重新排序吗？

只要可以通过优化获得程序执行结果，就会询问是否允许编译器执行操作。这不是问题。该问题应使用非优化行为作为参考。所以更像是：＆＃34;编译器是否允许重新排序语句？＆＃34; 答案是肯定的，只要可观察的结果不变。这个特定函数的外部没有任何东西被告知如何访问i，因此应该允许编译器在它的周围使用之间的任何地方实现增量（具体来说：它的定义和return语句）。 / p>

话虽这么说，我希望编译器在这种情况下做的是既不给i一个内存地址也不把它当作寄存器变量。我希望编译器将其视为常量，有效地将您的函数更改为：

int main()
{
    doSomethingWhichMaySpawnAThreadAndUseTheMutex();
    mut.lock();
    mut.unlock();
    return 1;
}

只要你无法检测到它已经完成（没有直接检查机器代码），这是允许的。

注意：
^[1]使用＆＃34;可能是＆＃34;是承认C ++规范的某些部分使用了单词＆＃34; unspecified＆＃34;。这些部分允许编译器做出选择（当处理非健壮的代码时）可能改变可观察的行为。也就是说，可以存在一组允许的行为，而不是单个允许的行为。只要结果保留在此集合中，就允许进行优化。

Answer 2

我发现这个问题非常混乱。如果代码已发布，编译器显然意识到i语句中唯一使用return，因此i将被优化掉，故事结束。互斥体不会进入它。

但是一旦你拿到i的地址 - 并将其交给其他人 - 游戏就会改变。现在，编译器必须在堆栈上放置一个实变量，并在mutex.lock()和mutex.unlock()之间仅操作它。做其他事情会改变程序的语义。互斥锁还为你提供了一个记忆围栏。

您可以在Godbolt清楚地看到这一点。

编辑：我修复了该代码中的一个愚蠢的错误，这个错误掩盖了我试图制作的内容，对不起。

Answer 3

整个序列：

unsigned char* send_buffer[32] = {0}; // zero out buffer to use as scratch
send_buffer[0] = 0x90;
send_buffer[1] = 0x48;
send_buffer[2] = 0x00;

SuperpoweredUSBMIDI::send(deviceID, send_buffer, 3);

可以编译为mut.lock(); // i == 0 at that point i += 1; // can this be reordered? mut.unlock(); // i == 1 at that point exit(i); }，其他线程可以忽略，因为没有正确的同步。

您需要等待其他线程终止，或者让他们再次无所事事。你不这样做，所以可以假设所有其他线程都没有做任何事情。

互斥体在这里没有任何有意义的作用。

C ++：一个对象既可以存储也可以不存储？

3 个答案: