c - gcc 将忙等待优化为死循环

Question

我正在实现一个单生产者单消费者队列，其中一个线程等待全局队列被另一个线程填充，如下所示:

while (queue.head == queue.tail);

当我编译程序时将 gcc -O0，它运行良好。但是用gcc -O1编译的时候，死循环发生了。然后我查看汇编代码，发现后一个版本只检查了一次(queue.head == queue.tail)，如果不正确，则跳到一个死循环，不再检查。

我还尝试将队列声明为易变的，但没有成功。如何让 gcc 意识到队列在线程之间共享并停止这样的优化？非常感谢。

附言

1 在单线程程序中，这样优化是可以的。但是在我的程序中queue.tail可以被另一个线程修改。

2 我的队列是这样声明的:

typedef struct {
    struct my_data data[MAX_QUEUE_LEN];
    int head;
    int tail;
} my_queue_t;

volatile my_queue_t queue;

3 我也曾尝试将 head 和 tail(但不是整个结构)声明为 volatile，但没有成功。但是在我声明 queue、head、tail 都为 volatile 之后，它就起作用了。那么是否应该像这样向所有相关变量声明 volatile？

Answer 1

我编译了以下代码:

struct my_data {
    int x;
};

typedef struct {
    struct my_data data[5];
    int head;
    int tail;
} my_queue_t;

volatile my_queue_t queue;

int main() {
    while (queue.head == queue.tail);
}

与:

g++ -S -c -O1  th.cpp

这(对于 while 循环)产生了以下输出:

       movl    $_queue+20, %edx
       movl    $_queue+24, %eax
L2:
       movl    (%edx), %ebx
       movl    (%eax), %ecx
       cmpl    %ecx, %ebx
       je      L2

在循环中加载和测试头部和尾部的位置。你能发布你正在发射的汇编程序吗？

编辑:在结构声明中将 head 和 tail 设为 volatile，而不是将 struct 实例声明为 volatile，结果是相同的代码。