对于{A = a; B = B; ，“A = a”会在“B = b”之前严格执行吗？

Question

假设A ， B ， a和b都是变量， A ， B ， a和b的地址都是不同的。 然后，对于以下代码：

A = a;
B = b;

别C和C ++标准明确要求A=a严格之前执行B=b ？ 鉴于A ， B ， a和b的地址都不同，编译器是否允许交换两个语句的执行顺序用于某些目的，例如优化？

如果我的问题的答案在C和C ++中有所不同，我想知道两者。

编辑：问题的背景如下。 在棋盘游戏AI设计中，对于优化，人们使用无锁共享哈希表 ，如果我们不添加volatile限制，其正确性很大程度上取决于执行顺序。

Answer 1

这两个标准都允许这些指令不按顺序执行，只要这不会改变可观察的行为。 这被称为as-if规则：

• 究竟什么是“假设”规则？
• http://en.cppreference.com/w/cpp/language/as_if

请注意，正如评论中指出的那样，“可观察行为”的含义是具有已定义行为的程序的可观察行为。 如果您的程序有未定义的行为，那么编译器就可以免于推理。

Answer 2

编译器只有义务模拟程序的可观察行为，因此如果重新排序不违反该原则，那么它将被允许。 假设行为定义良好，如果您的程序包含未定义的行为 （如数据竞争），则程序的行为将是不可预测的，并且评论将需要使用某种形式的同步来保护关键部分。

一个有用的参考

一篇有趣的文章介绍了编译时的内存排序，它说：

内存重新排序的基本规则，编译器开发人员和CPU供应商普遍遵循，可以表达如下：

你不应该修改单线程程序的行为。

一个例子

本文提供了一个简单的程序，我们可以看到这个重新排序：

int A, B;  // Note: static storage duration so initialized to zero

void foo()
{
    A = B + 1;
    B = 0;
}

并且在更高的优化级别显示B = 0在A = B + 1之前完成，我们可以使用godbolt重现这个结果，而使用-O3产生以下内容（ 见实时 ）：

movl    $0, B(%rip) #, B
addl    $1, %eax    #, D.1624

为什么？

为什么编译器重新排序？ 文章解释了这与处理器完全相同的原因，因为架构的复杂性：

正如我在开始时提到的，编译器修改了内存交互的顺序，原因与处理器的相同 - 性能优化。 这种优化是现代CPU复杂性的直接结果。

标准

在C ++标准草案中，这将在1.9 节目执行中介绍（ 强调我的未来 ）：

本国际标准中的语义描述定义了参数化的非确定性抽象机器。 本国际标准对符合实施的结构没有要求。 特别是，它们不需要复制或模拟抽象机器的结构。 相反，需要符合实现来模拟（仅）抽象机器的可观察行为，如下所述。 ^五

脚注5告诉我们这也被称为as-if规则 ：

这项规定有时被称为“假设”规则 ，因为只要结果就像是遵守了要求，只要可以从可观察的行为中确定，实施就可以自由地忽视本国际标准的任何要求 。该计划。 例如，实际实现不需要评估表达式的一部分，如果它可以推断出它的值没有被使用，并且没有产生影响程序的可观察行为的副作用。

C99草案和C11标准草案在第5.1.2.3节程序执行中介绍了这一点，尽管我们必须转到索引，看它在C标准中也被称为as-if规则 ：

as-if规则，5.1.2.3

关于无锁注意事项的更新

“ 无锁编程简介 ”一文很好地介绍了这个主题，对于无锁共享哈希表实现的OP问题，本节可能是最相关的：

记忆订购

如流程图所示，无论何时对多核（或任何对称多处理器 ）进行无锁编程，并且您的环境不保证顺序一致性，您必须考虑如何防止内存重新排序 。

在今天的体系结构中，强制执行正确内存排序的工具通常分为三类，这会阻止编译器重新排序和处理器重新排序 ：

• 一个轻量级的同步或围栏指令，我将在以后的帖子中讨论 ;
• 一个完整的记忆围栏指令，我之前已经证明过 ;
• 提供获取或释放语义的内存操作。

获取语​​义可防止按程序顺序对其后面的操作进行内存重新排序，并且释放语义可防止对其前面的操作进行内存重新排序。 这些语义特别适用于存在生产者/消费者关系的情况，其中一个线程发布一些信息而另一个线程读取它。 我将在以后的文章中再讨论这个问题。

Answer 3

如果没有指令的依赖性，如果最终结果不受影响，也可以不按顺序执行。 您可以在调试以更高优化级别编译的代码时观察到这一点。

Answer 4

由于A = a; 和B = b; 在数据依赖性方面是独立的，这应该不重要。 如果前一条指令的输出/结果影响后续指令的输入，则排序很重要，否则不重要。 这通常是严格顺序执行。

Answer 5

我的阅读是，这需要通过C ++标准工作; 但是，如果您尝试将其用于多线程控制，则它在该上下文中不起作用，因为这里没有任何内容可以保证寄存器以正确的顺序写入内存。

正如您的编辑所示，您正试图将其准确地用于不起作用的地方。

Answer 6

如果你这样做，可能会有兴趣：

{ A=a, B=b; /*etc*/ }

请注意逗号代替分号。

然后，C ++规范和任何确认编译器必须保证执行顺序，因为总是从左到右计算逗号运算符的操作数。 这确实可以用来防止优化器通过重新排序来破坏你的线程同步。 逗号实际上成为一个障碍，不允许重新排序。