在使用 memory_order_relaxed 編譯一個 std::atomic 加載時，編譯器能否發明多個加載？

Question

采取以下代碼

struct SharedMemory
{
  std::atomic<float> value;

  bool shouldReturnTrue()
  {
    float tmp = value.load(std::memory_order_relaxed);
    float a = tmp;
    float b = tmp;
    return a == b;
  }
};

編譯器如下優化它並破壞線程安全是否合法？

struct SharedMemory
{
  std::atomic<float> value;

  bool shouldReturnTrue()
  {
    float a = value.load(std::memory_order_relaxed);
    float b = value.load(std::memory_order_relaxed);
    return a == b;
  }
};

如果是這樣，我是否應該強制它不使用volatile關鍵字優化tmp ，如下所示？

struct SharedMemory
{
  std::atomic<float> value;

  bool shouldReturnTrue()
  {
    volatile float tmp = value.load(std::memory_order_relaxed);
    float a = tmp;
    float b = tmp;
    return a == b;
  }
};

Answer 1

不，那不是合法的優化。 正如您所說，如果有作者，它可能會在tmp為 NaN 以外的情況下返回 false。 因此，根據 as-if 規則，它是無效的，因為 C++ 抽象機確實總是返回!isnan(tmp) 。

（如果你選擇了一個像int這樣的類型，其中self == self總是為真，那么談論它會更容易！）

您詢問的轉換僅對非原子變量合法，正是因為可以假定該值不會改變。 如果是，那將是數據競爭未定義行為，並且允許編譯器假設沒有 UB。 因此，如果寄存器分配更方便，他們可以發明另一種非原子非易失性負載。

但是必須假定atomic變量在任意兩次讀取之間更改值（在這種方式下，就編譯器必須假設的內容而言，類似於volatile ），因為這是編譯器必須遵守的明確定義的行為。

所以編譯器永遠不會發明atomic<> objects 的讀取。 （那篇鏈接的文章是關於 Linux kernel 代碼的，他們在編譯器上使用volatile來手動滾動原子，這些編譯器以他們想要的方式工作，原因與我們在現代 C++ 中使用std::atomic<>的原因相同。）

memory_order_relaxed意味着訂購wrt。 周圍的 memory 訪問是寬松的，不是原子性保證。 在這方面， relaxed與acquire或seq_cst沒有什么不同。 我猜你有一些誤解，認為relaxed可能與此相關，但事實並非如此。

---

你是對的，將加載結果分配給volatile float tmp會使編譯器不太可能想要發明加載，但如果這是一個真正的問題（不是），更好的方法是使用volatile atomic<float> value; . 同樣，這不是必需的。 特別是現在，因為編譯器目前根本不優化原子（ 為什么編譯器不合並冗余的 std::atomic 寫入？ ）但即使在未來編譯器只給你最低限度的 ISO C++ 標准並通過例如優化原子將冗余的背靠背讀取合並為一個，他們將不允許做另一件事並發明額外的寫入，或發明額外的讀取並假設值相同。