在C中增加volatile变量

Question

考虑以下三个表达式：

++x;
x += 1;
x = x + 1;

据我所知，它们在语义上是相同的，忽略了C ++中的运算符重载。 但是，今天我读到了一个断言，它们是不同的，特别是当x被声明为volatile 。

为了测试这个断言，我写了以下内容并为PowerPC，AMD64，ARMv6和68k编译了它：

#include <stdint.h>

static volatile uint64_t x = 0;

void a(void)
{
    ++x;
}

void b(void)
{
    x += 1;
}

void c(void)
{
    x = x + 1;
}

在所有这四个平台上，这三个函数产生相同的汇编输出，无论是在-O1还是-O3。 在AMD64上，这只是两条指令：

incq    _x(%rip)
retq

因此， 有没有这个说法背后的真相任何？ 如果是这样，有什么区别，我该如何揭露它？

注意：我完全清楚volatile并不能保证原子性。 这不是我在这里要求的 - 除非原子性本身在三者之间有所不同。

Answer 1

从草案C ++标准第5.3.2 [expr.pre.incr]中说：

如果x不是bool类型，则表达式++ x等效于x + = 1

和5.17 [expr.ass]说：

E1 op = E2形式的表达式的行为等同于E1 = E1 op E2，除了E1仅被评估一次。

所以++x和x += 1是等价的。

现在， x += 1与x = x + 1不同的一种情况是E1仅被评估一次。 在这种特殊情况下，它并不重要，但我们可以提出一个案例：

#include <stdint.h>

volatile uint64_t x = 0;
volatile uint64_t y[2] = {0} ;

void c(void)
{
   y[x] = y[x] + 1;
}

在这种情况下， x将被评估两次，而不是这种情况：

void b(void)
{
   y[x] += 1;
}

并为b() 显示一个godbolt会话 ：

b():                                  # @b()
movq    x(%rip), %rax
incq    y(,%rax,8)
retq

对于c() ：

c():                                  # @c()
movq    x(%rip), %rax
movq    y(,%rax,8), %rax
incq    %rax
movq    x(%rip), %rcx
movq    %rax, y(,%rcx,8)
retq

据我所知，这也适用于C11。 从C11部分6.5.3.1前缀增量和减量运算符：

表达式++ E等价于（E + = 1）。

并从第6.5.16.2节复合指配：

形式E1 op = E2的复合赋值等效于简单赋值表达式E1 = E1 op（E2），除了左值E1仅被评估一次

Answer 2

在抽象语义中，所有这三个表达式都完全相同。 他们访问 x以检索其值，计算新值，然后将更新后的值存储回x 。 有一个访问和商店。 （表达式也会产生一个被丢弃的值）。

虽然x = x + 1提到x两次，但不评估左侧x 。 也就是说，并非完全：它的值不计算。 仅根据确定指定值的位置来评估它。

因此，这里可能会对位置进行双重评估：左侧确定x的位置，右侧也是如此。 但确定位置不涉及访问位置本身。

对于某些类型的表达式，确定位置确实涉及访问值。 例如：

a[i] = a[i] + 1;

这是完全不同的

i = i + 1

因为i只是一个辅助变量，这里必须知道其值才能确定a[i]的存储位置（而且i本身甚至不会递增）。 如果i是volatile ，则在a[i] = a[i] + 1对它的两次抽象访问必须对应于两次实际访问。