c++ - 现在的 C 和 C++ 编译器的线程保证是什么？

Question

我想知道编译器做出什么保证来确保对内存的线程写入在其他线程中具有可见的效果。

我知道有无数个案例存在这个问题，我敢肯定，如果您有兴趣回答这个问题，您也知道，但请关注我将要介绍的案例。

更准确地说，我担心会导致线程丢失其他线程完成的内存更新的情况。我不在乎(在这一点上)更新是非原子的还是同步不良:只要相关线程注意到更改，我就会很高兴。

我希望编译器能够区分两种变量访问:

• 访问必须有地址的变量；
• 访问不一定有地址的变量。

例如，如果您采用此代码段:

void sleepingbeauty()
{
    int i = 1;
    while (i) sleep(1);
}

因为 i 是本地的，我假设我的编译器可以优化它，让睡美人永远沉睡。

void onedaymyprincewillcome(int* i);

void sleepingbeauty()
{
    int i = 1;
    onedaymyprincewillcome(&i);
    while (i) sleep(1);
}

因为 i 是一个局部变量，但它的地址被获取并传递给另一个函数，我假设我的编译器现在知道它是一个“可寻址”变量，并生成内存读取到它确保也许有一天王子会来。

int i = 1;
void sleepingbeauty()
{
    while (i) sleep(1);
}

由于 i 是一个全局变量，我假设我的编译器知道该变量有一个地址并将生成对其的读取而不是缓存该值。

void sleepingbeauty(int* ptr)
{
    *ptr = 1;
    while (*ptr) sleep(1);
}

我希望取消引用运算符足够明确，让我的编译器在每次循环迭代时生成内存读取。

我相当确定这是生产中的每个 C 和 C++ 编译器都使用的内存访问模型，但我认为没有任何保证。事实上，C++03 甚至对线程的存在视而不见，所以考虑到标准，这个问题甚至没有意义。不过，我不确定 C。

是否有一些文档可以说明我是对还是错？我知道这些都是浑水，因为这些可能不符合标准，这对我来说似乎是一个重要问题。

除了生成读取的编译器之外，我还担心 CPU 缓存在技术上可能会保留过时的值，而且即使我的编译器尽最大努力进行读取和写入，这些值也永远不会在线程之间同步。这会发生吗？

Answer 1

Accesses to variables that don't necessarily have an address.

所有变量都必须有地址(从语言的角度来看——允许编译器尽可能避免给事物提供地址，但这在语言内部是不可见的)。这是一个副作用，即一切都必须是“可指针的”，一切都有一个地址——即使是空类通常至少有一个 char 的大小，以便可以为它创建一个指针。

Since i is a local, but its address is taken and passed to another function, I assume that my compiler will now know that it's an "addressable" variables, and generate memory reads to it to ensure that maybe some day the prince will come.

这取决于onedaymyprincewillcome的内容。编译器可以根据需要内联该函数，但仍然不进行内存读取。

Since i is a global, I assume that my compiler knows the variable has an address and will generate reads to it.

是的，但是否有人读取它真的无关紧要。这些读取可能只是缓存在您当前的本地 CPU 内核上，实际上并没有一路返回到主内存。为此，您可能需要内存屏障之类的东西，而没有 C++ 编译器会为您做这件事。

I hope that the dereference operator is explicit enough to have my compiler generate a memory read on each loop iteration.

不——不需要。该函数可能是内联的，这将允许编译器在需要时完全删除这些内容。

标准中唯一的语言功能，可以让您控制类似 w.r.t. 的东西。线程是 volatile，它只需要编译器生成读取。这并不意味着该值会因为 CPU 缓存问题而保持一致——为此您需要内存屏障。

如果你需要真正的多线程正确性，你将使用一些特定于平台的库来生成内存屏障和类似的东西，或者你将需要一个支持 std 的 C++0x 编译器: :atomic，它确实明确了对变量的这些类型的要求。