c++ - 独立于消耗原子负载的变量对操作有什么影响吗？

Question

众所周知，有 6 个 std::memory_order's , 以及其中的 2 个:

• 用于加载的获取语义 - 避免重新排序 Load-Load 和 Load-Store
• 用于存储的发布语义 - 避免重新排序 Store-Store 和 Load-Store

即对于获取语义，只有S = local1;可以在X.load(std::memory_order_acquire);之后执行:

static std::atomic<int> X;
static int L, S;
...

void thread_func() 
{
    int local1 = L;  // load(L)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!
    S = local1;      // store(S)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!

    int x_local = X.load(std::memory_order_acquire);  // load(X)

    int local2 = L;  // load(X)-load(L) - can't be reordered with X
    S = local2;      // load(X)-store(S) - can't be reordered with X
}

但是 load(X) 中的哪些重新排序可以用于消费语义？

static std::atomic<int *> X;
static int L1, L2, S1, S2;
static int L, S;
...

void thread_func() 
{
    int *x_ptr_local = new int(1);


    int local1 = L1;  // load(L1)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!
    S1 = local1;      // store(S1)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!

    int dependent_x1 = *x_ptr_local;  // load(x_ptr)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!
    S = dependent_x1;                 // store(S)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!

    x_ptr_local = X.load(std::memory_order_consume);  // load(X)

    int dependent_x2 = *x_ptr_local;  // load(X)-load(x_ptr) - can't be reordered with X
    S = dependent_x2;                 // load(X)-store(S) - can't be reordered with X

    int local2 = L2;  // load(X)-load(L2) - !!! can be reordered with X !!!
    S2 = local2;      // load(X)-store(S2) - !!! can be reordered with X !!!
}

是真的吗，只有 dependent_x2 的操作不能跨 X.load(std::memory_order_consume) 重新排序？

以及所有使用变量L1、L2、S1、S2 和dependent_x1< 的操作 可以跨 X.load(std::memory_order_consume) 重新排序 - 即可以在 X.load(std::memory_order_consume) 之前或之后执行，是不是吗？

Answer 1

memory_order_consume用于保留原子对象本身的数据依赖关系的顺序，而不使用更重的同步，例如 memory_order_acquire 引入的同步。 .与 memory_order_acquire , 所有 acquire 之后的内存操作-- 取决于原子变量或其他 -- 禁止在它之前重新排序，而 memory_order_consume仅禁止重新排序相关 指令。这有利于更弱排序的架构，例如 ARM 和 PowerPC，它们可以保证数据相关指令的排序，而无需显式屏障。

自 memory_order_consume处理数据依赖性，它的大多数用例涉及 std::atomic<T*> .生产者线程可以构建一个完整的数据结构，并使用 memory_order_release 将该数据结构的地址发布到原子指针。 .消费者线程然后用 memory_order_consume 加载原子指针如果它们以数据相关的方式使用指针，例如通过取消引用它，则可以与编写器线程的存储建立数据依赖性。该标准保证任何依赖加载都将反射(reflect)编写器线程的存储。由于原子变量的加载是通过 memory_order_consume 完成的但是，从读者线程的角度来看，不能保证自变量的状态。

在您的第一个示例中，memory_order_acquire 之后没有负载可以在它之前重新排序。但是，在您的第二个示例中，任何不依赖于 X 的重新排序或者它的加载值是公平的游戏。即 int dependent_x2 = *x_ptr_local; (以及来自 dependent_x2 的相应负载)保证相对于 X 保持有序。 ，但仅此而已。所有其他重新排序都是可能的。