GCC atomic builtins 和 volatile答案

【问题标题】：GCC atomic builtins and volatileGCC atomic builtins 和 volatile
【发布时间】：2013-01-18 12:24:40
【问题描述】：

我在多线程程序中使用了一些全局结构，一些成员被多个线程同时修改，另一些则没有。

我没有定义任何 volatile 成员，但无论何时我将此成员用于读取和写入目的，我都会使用原子内置函数，例如 __sync_fetch_and_add。

问题是，我应该定义这个成员还是整个 struct volatile？

我认为编译器必须访问内存而不是任何寄存器，因为这个内置函数（锁定前缀），我是否应该担心其他不会导致竞争条件的成员。

我检查了我的编译器 (gcc 4.6.2) 的汇编输出，看来我的假设是正确的。

这是测试代码。

int sum = 0;

for (i=0; i<2000000000; i++) {
    sum += i;
}

汇编输出（-O2 -S -masm=intel）

L2:
    add edx, eax
    inc eax
    cmp eax, 2000000000
    jne L2

所以编译器永远不会访问内存（eax = i，edx = sum）

这是第二个测试代码。

volatile int sum = 0;

for (i=0; i<2000000000; i++) {
    sum += i;
}

汇编输出

L2:
    mov edx, DWORD PTR [esp+28]
    add edx, eax
    mov DWORD PTR [esp+28], edx
    inc eax
    cmp eax, 2000000000
    jne L2

编译器每次都按预期访问内存。

最终代码，我的方式。

int sum = 0;

for (i=0; i<2000000000; i++) {
    __sync_fetch_and_add(&sum , i);
}

程序集输出。

L2:
    lock add    DWORD PTR [esp+28], eax
    inc eax
    cmp eax, 2000000000
    jne L2

甚至没有像以前（edx）那样的临时寄存器，编译器每次都访问内存。

所以，我没有定义 volatile 任何由多个线程修改或一次仅由一个线程修改的成员。我安全吗？

提前致谢。

【问题讨论】：

在大多数情况下最好避免使用易失性——它与多线程没有任何关系。请改用显式障碍。
我认为确实如此。如果我在线程 1 的循环中使用全局变量并且编译器使用寄存器而不是内存访问，如我所示，线程 2 可以在内存中修改此变量，结果是一团糟。
绝对没有！ See this answer 进行解释。请注意，GCC 的 _sync 函数本身就是一个屏障。
我认为你没有理解我之前的评论。阅读 Andrei Alexandrescu 撰写的这篇文章。 drdobbs.com/cpp/volatile-the-multithreaded-programmers-b/… 这样说，尽管 C 和 C++ 标准在线程方面都明显保持沉默，但它们确实以 volatile 关键字的形式对多线程做出了一些让步。
C11 有很多新的线程特性。在这个问题上绝对不是沉默！

【解决方案1】：

是的，你很安全。文档没有说它们应该是易变的，所以它们不应该。

__sync* 函数酌情充当内存屏障，因此 volatile 将是多余的。而且它不允许使用除__sync* 函数之外的任何其他函数（只有__sync* 函数会生成lock 前缀）。

注意：__sync* 函数在 gcc 4.7 中已弃用，取而代之的是 C++11 风格的 __atomic* 类型，但 gcc 4.6 还没有这些函数。

【讨论】：