c++ - 了解内存序列和 std::memory_order

问题描述

我正在研究 C++ 内存序列，但这很令人困惑。

例如：

void sumUp(std::atomic<int>& sum, std::vector<int>& val)
{
   int tmpSum = 0;
   for(auto i = 0; i < 100; ++i) tmpSum += val[i];

   sum.fetch_add(tmpSum, std::memory_order_relaxed);
}

我不明白，sum.fetch_add()在tmpSum += val[i]. 既然不按顺序，sum.fetch_add()之前可以操作tmpSum += val[i]吗？

那么总和0可能吗？

非常感谢。

标签： c++c++11c++14c++17

memory_order在单个线程的上下文中没有可观察到的效果：

让我们看看 (x和a最初b是0)：

auto t1(std::atomic<int>& x, int& a, int& b)
{
    a = 3;                                       // 1
    b = 5;                                       // 2
    x.store(a, std::memory_order_relaxed);       // 3
}

因为 (1) 和 (2) 不相互依赖，编译器可以重新排序它们。例如可以做 (1) -> (2) 或 (2) -> (1)

因为 (3) 取决于 (1) ((1) 写入a和 (3) 读取a)，所以编译器不能在 (1) 之前执行 (3)。这与 (3) 中指定的内存顺序无关

因为 (3) 不依赖于 (2)，通常在单线程模型中，编译器可以在 (2) 之前执行 (3)。

但是由于x是原子的，请考虑另一个线程执行此操作（x,a并且b是对与提供给的相同参数的引用，t1并且都是最初的0）：

auto t2(std::atomic<int>& x, int& a, int& b)
{
    while(x.load(std::memory_order_relaxed) == 3)  // 4
        assert(b == 5);                            // 5
}

该线程一直等到xis 3，然后断言bis 5。现在您可以看到在顺序单线程世界中 (2) 和 (3) 如何在没有任何可观察行为的情况下重新排序，但在多线程模型中，(2) 和 (3) 的顺序可能会对行为产生影响的程序。

这就是这样memory_order做的：它指定在原子之前或之后重新排序的操作是否可以重新排序，而不会对单个线程产生任何影响。原因是它们可能对多线程程序产生影响。编译器无法知道这一点，只有程序员知道，因此有额外的memory_order参数。

使用memory_order_relaxed断言可能会失败，因为 (2) 可能发生在 (3) 之后，但使用memory_order_seq_cst(默认) 断言将永远不会失败，因为(2)发生在 (3) 之前。

回到您的示例，无论 memory_order您指定什么，都可以保证tmpSum += val[i];之前会发生，sum.fetch_add(tmpSum, std::memory_order_relaxed);因为第二个取决于第一个。这memory_order将影响不影响原子操作的指令的可能重新排序。例如，如果你有一个int unrelated = 24.

顺便说一句，官方术语是“sequenced before”和“sequenced after”

在现实世界中，硬件使事情变得更加复杂。操作可以在当前线程中以一种顺序出现，但另一个线程可以以另一种顺序看到它们，因此严格memory_order的 s 必须采用额外的措施来确保跨线程的顺序一致。

严格来说，在这个例子中，如果使用memory_order_relaxed我们将有未定义的行为，因为访问b不是跨线程同步的。

c++ - 了解内存序列和 std::memory_order_relaxed

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