再次波动:防止优化所必需

Once more volatile: necessary to prevent optimization?

本文关键字：优化      更新时间：2023-10-16

我已经阅读了很多有关'挥发性'关键字的信息，但我仍然没有确定的答案。

考虑此代码：

class A
{
public:
    void work()
    {
        working = true;
        while(working)
        {
            processSomeJob();
        }
    }
    void stopWorking() // Can be called from another thread
    {
        working = false;
    }
private:
    bool working;
}

当工作（）进入其循环时，"工作"的价值是正确的。

  • 现在，我猜允许编译器在（工作） to 时优化，而（true）是'working'的值开始循环时。

    • 如果不是这种情况，那将意味着这样的事情效率很低：
    for(int i = 0; i < someOtherClassMember; i++)
{
    doSomething(); 
}

    ...由于必须加载某些hotherclassmember的值。

    • 如果此为，我认为"工作"必须是，以防止编译器优化。

这两个情况中的哪一个？当搜索使用 domatile 的使用时，我发现人们声称它只有在使用I/O设备直接写入内存时才有用，但是我也发现应该在像我这样的场景中使用它。

您的程序 Will 被优化到无限环†中。

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

被编译为（使用O2）

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

该标准定义了假设的抽象机器对程序有什么作用。符合标准的编译器必须编译您的程序，以与所有可观察的行为中的机器相同。这被称为 as-if 规则，编译器具有自由度，只要您的程序做什么，无论如何如何。

通常，读取和写入变量并不构成可观察到的，这就是为什么编译器可以尽可能多地读取和写作的原因。编译器可以看到working不会分配给并优化读书。volatile的（通常被误解）效果完全是为了使它们可观察到，这迫使编译器留下读取并单独写入‡。

。

但是，等等，另一个线程可能分配给working。这是不确定行为的余地所在的地方。编译器可能会在不确定的行为时做任何事情，包括格式化硬盘驱动器并仍然是标准符合的。由于没有同步，并且working不是原子化，因此任何其他写入working的线程都是数据竞赛，这是无条件未定义的行为。因此，无限循环是错误的唯一一次是在不确定的行为时，编译器决定您的程序不妨继续进行循环。

tl; dr不要使用普通的bool和volatile进行多线程。使用std::atomic<bool>。

†并非在所有情况下。void bar(A& a) { a.work(); }不适合某些版本。
‡实际上，围绕此问题进行了一些争论。

现在，我猜允许编译器优化（工作）while（true）

可能，是的。但是，只有它可以证明processSomeJob()不会修改working变量，即是否可以证明循环是无限的。

如果不是这种情况，那将意味着这样的事情效率很低……因为必须加载某些hotherclassmember的值

您的推理是正确的。但是，内存位置可能保留在缓存中，并且从CPU缓存中读取不一定会显着慢。如果doSomething足够复杂，可以导致someOtherClassMember从缓存中驱逐，则确保我们必须从内存加载，但另一方面，doSomething可能是如此复杂，以至于单个内存负载相比无关紧要。

这两种情况中的哪一个？

。优化器将无法分析所有可能的代码路径；我们不能假设在所有情况下都可以优化循环。但是，如果证明someOtherClassMember在任何代码路径中都没有修改，那么从理论上证明这是可能的，因此可以在理论上优化循环。

，但我也发现说[挥发性]应该在我的场景中使用。

volatile在这里对您没有帮助。如果在另一个线程中修改了working，则有一个数据竞赛。数据竞赛意味着程序的行为是未定义的。

要避免进行数据竞赛，您需要同步：使用MUTEX或原子操作来共享跨线程的访问。

Volatile将在每次检查中重新加载working变量。实际上，这通常会允许您使用由异步信号处理程序或其他线程制成的stopWorking的调用来停止工作功能，但是根据标准，它不够。该标准需要或Sighandler＆lt; ->常规上下文通信的volatile sig_atomic_t的变量和 Anomics 用于线程间的通信。

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