Question

我正在尝试使用C ++ 0x支持并且存在一个问题，我想不应该存在。要么我不理解这个主题，要么gcc有一个bug。

我有以下代码，最初x和y相等。线程1始终先递增x，然后递增y。两者都是原子整数值，因此根本没有增量问题。线程2正在检查x是否小于y，如果是，则显示错误消息。

此代码有时失败，但为什么？这里的问题可能是内存重新排序，但默认情况下所有原子操作都是顺序一致的，我没有明确放松那些操作。我正在x86上编译这段代码，据我所知，该代码不应该有任何订购问题。你能解释一下问题是什么吗？

#include <iostream>
#include <atomic>
#include <thread>

std::atomic_int x;
std::atomic_int y;

void f1()
{
    while (true)
    {
        ++x;
        ++y;
    }
}

void f2()
{
    while (true)
    {
        if (x < y)
        {
            std::cout << "error" << std::endl;
        }
    }
}

int main()
{
    x = 0;
    y = 0;

    std::thread t1(f1);
    std::thread t2(f2);

    t1.join();
    t2.join();
}

可以查看结果here。

Answer 1

比较存在问题：

x < y

子表达式（在本例中为x和y）的评估顺序未指定，因此可以在y或{{1}之前评估x可以在x之前评估。

如果先读取y，则表示您遇到问题：

如果您明确确保首先阅读x = 0; y = 0; t2 reads x (value = 0); t1 increments x; x = 1; t1 increments y; y = 1; t2 reads y (value = 1); t2 compares x < y as 0 < 1; test succeeds!，则可以避免此问题：

Answer 2

问题可能出在你的测试中：

if (x < y)

该主题可以评估x，并且在很晚之后不会评估y。

Answer 3

每隔一段时间，x将在y回绕到零之前回绕到0。此时y合法地大于x。

Answer 4

首先，我同意“Michael Burr”和“James McNellis”。你的考试不公平，合法的失败可能性。然而，即使您按照“James McNellis”的方式重写测试，也表明测试可能会失败。

这样做的第一个原因是你没有使用volatile语义，因此编译器可能会对你的代码进行优化（在单线程的情况下应该是可以的）。

但即使使用volatile，您的代码也无法保证正常运行。

我认为你并不完全理解内存重新排序的概念。实际上，内存读/写重新排序可以在两个级别进行：

编译器可以交换生成的读/写指令的顺序。
CPU可以按任意顺序执行内存读/写指令。

使用volatile会阻止（1）。但是你没有做任何事情来阻止（2） - 硬件的内存访问重新排序。

为了防止出现这种情况，你应该在代码中添加特殊的内存栅栏指令（指定用于CPU，不像volatile那样仅用于编译器。）

在x86 / x64中有许多不同的内存栅栏指令。此外，默认情况下，每个具有lock语义的指令都会发出完整的内存栅栏。

此处提供更多信息：

http://en.wikipedia.org/wiki/Memory_barrier

内存排序问题

4 个答案: