Question

我已经阅读了很多有关'volatile'关键字的内容，但是我仍然没有明确的答案。

考虑以下代码：

class A
{
public:
    void work()
    {
        working = true;

        while(working)
        {
            processSomeJob();
        }
    }

    void stopWorking() // Can be called from another thread
    {
        working = false;
    }
private:
    bool working;
}

work（）进入其循环时，“ working”的值为true。

现在，我猜测编译器可以将 while（working）优化为 while（true），因为'working'的值为true启动循环时。
- 如果不是这种情况，则意味着这样的效率会很低：
```
for(int i = 0; i < someOtherClassMember; i++)
{
    doSomething(); 
}
```
...因为每次迭代都必须加载someOtherClassMember的值。
- 如果是情况，我认为“工作”必须是易变的，以防止编译器对其进行优化。

这两个是哪一个？谷歌搜索 volatile 的使用时，我发现人们声称它仅在与直接写入内存的I / O设备一起使用时才有用，但是我也发现它应该在像我这样的场景中使用。

Answer 1

您的程序将优化为无限循环^†。

void foo() { A{}.work(); }

被编译为（带有O2的g ++）

foo():
        sub     rsp, 8
.L2:
        call    processSomeJob()
        jmp     .L2

该标准定义了假设的抽象机对程序的处理方式。符合标准的编译器必须编译您的程序，使其在所有可观察的行为中均与该计算机具有相同的行为。这就是所谓的 as 规则，只要您的程序执行的是相同的，无论如何，编译器都有自由。

通常，对变量的读写并不构成可观察性，这就是为什么编译器可以根据需要进行尽可能多的读写操作。编译器可以看到working未被分配，并优化了读取。 volatile的（通常被误解）效果恰恰是使它们可观察，这迫使编译器将读取和写入操作留为单独操作^‡。

但是，请您说，另一个线程可能会分配给working。这就是出现未定义行为的余地的地方。当出现未定义行为（包括格式化硬盘并仍然符合标准）时，编译器可能会执行任何操作。由于没有同步并且working不是原子的，因此任何其他写入working的线程都是数据竞争，这是无条件的未定义行为。因此，无限循环唯一的错误是出现未定义的行为，编译器据此决定您的程序也应该继续循环。

TL; DR请勿将普通bool和volatile用于多线程。使用std::atomic<bool>。

_{†并非在所有情况下都如此。 void bar(A& a) { a.work(); }不适用于某些版本。}
_{‡实际上，这周围有一些debate。}

Answer 2

现在我猜是允许编译器将while（working）优化为while（true）

可能是。但是只有当它可以证明processSomeJob()不会修改working变量时，即可以证明循环是无限的。

如果不是这种情况，那将意味着这样的效率将非常低下……因为someOtherClassMember的值必须在每次迭代时都加载

您的推理是正确的。但是，内存位置可能仍保留在缓存中，并且从CPU缓存中读取数据并不一定会显着降低速度。如果doSomething的复杂程度足以导致someOtherClassMember被从缓存中逐出，那么请确保我们必须从内存中进行加载，但是另一方面，doSomething可能是如此复杂，以至于相比而言，单个内存的负载微不足道。

这两个是哪个？

要么。优化器将无法分析所有可能的代码路径；我们不能假设循环可以在所有情况下都得到优化。但是，如果证明someOtherClassMember没有在任何代码路径中进行修改，那么从理论上证明这是可能的，因此可以从理论上优化循环。

但是我也发现，在我的情况下应该使用[volatile]。

volatile在这里无济于事。如果working在另一个线程中被修改，则存在数据争用。数据竞争意味着程序的行为是不确定的。

为避免数据争用，您需要进行同步：使用互斥锁或原子操作在线程之间共享访问。

Answer 3

Volatile将使while循环在每次检查时重新加载working变量。实际上，这通常允许您通过从异步信号处理程序或其他线程进行的stopWorking调用来停止工作功能，但按照标准，这还不够。该标准要求无锁原子或类型为volatile sig_atomic_t的变量用于sighandler <->常规上下文通信，以及 atomics 用于线程间通信。

更加不稳定：是否需要阻止优化？

3 个答案: