Asa*_*saf 9 c++ concurrency multithreading compiler-optimization visual-c++
我看了(大部分)Herb Sutter的atmoic <>武器视频,我想用样本中的循环来测试"条件锁定".显然,虽然(如果我理解正确的话)C++ 11标准说下面的例子应该正常工作并且顺序一致,但事实并非如此.
在您继续阅读之前,我的问题是:这是正确的吗？编译器坏了吗？我的代码是否被破坏 - 我在这里遇到了一个我错过的竞争条件吗？我该如何绕过这个？
我尝试了3种不同版本的Visual C++:VC10专业版,VC11专业版和VC12 Express版(== Visual Studio 2013 Desktop Express).
下面是我用于Visual Studio 2013的代码.对于其他版本,我使用boost而不是std,但想法是一样的.
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
int a = 0;
std::mutex m;
void other()
{
std::lock_guard<std::mutex> l(m);
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(2));
a = 999999;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
std::cout << a << "\n";
}
int main(int argc, char* argv[])
{
bool work = (argc > 1);
if (work)
{
m.lock();
}
std::thread th(other);
for (int i = 0; i < 100000000; ++i)
{
if (i % 7 == 3)
{
if (work)
{
++a;
}
}
}
if (work)
{
std::cout << a << "\n";
m.unlock();
}
th.join();
}
总结代码的概念:全局变量a受全局互斥锁的保护m.假设没有命令行参数(argc==1),运行的线程other()是唯一一个应该访问全局变量的线程a.
程序的正确输出是打印999999.
但是,由于编译器循环优化(使用寄存器进行循环增量并在循环结束时将值复制回a),a即使它不应该由程序集修改.
这发生在所有3个VC版本中,尽管在VC12的这个代码示例中,我不得不进行一些调用sleep()以使其中断.
这里是一些汇编代码(a这次运行的地址是0x00f65498):
循环初始化 - 将值a复制到edi
27: for (int i = 0; i < 100000000; ++i)
00F61543 xor esi,esi
00F61545 mov edi,dword ptr ds:[0F65498h]
00F6154B jmp main+0C0h (0F61550h)
00F6154D lea ecx,[ecx]
28: {
29: if (i % 7 == 3)
在条件内增加,并在循环后a无条件地复制回位置
30: {
31: if (work)
00F61572 mov al,byte ptr [esp+1Bh]
00F61576 jne main+0EDh (0F6157Dh)
00F61578 test al,al
00F6157A je main+0EDh (0F6157Dh)
32: {
33: ++a;
00F6157C inc edi
27: for (int i = 0; i < 100000000; ++i)
00F6157D inc esi
00F6157E cmp esi,5F5E100h
00F61584 jl main+0C0h (0F61550h)
32: {
33: ++a;
00F61586 mov dword ptr ds:[0F65498h],edi
34: }
而程序的输出是0.
近一个月过去了，微软仍然没有对MSDN Connect 中的错误做出回应。
总结以上评论（以及一些进一步的测试），显然它也发生在 VS2013 专业版中，但该错误仅发生在为 Win32 构建时，而不是为 x64 构建时。x64 中生成的汇编代码不存在此问题。所以看来这是优化器中的一个错误，并且此代码中没有竞争条件。
显然这个错误也发生在 GCC 4.8.1 中，但不会发生在 GCC 4.9 中。（感谢Voo、nosid和Chris Dodd进行的所有测试）。
建议标记a为volatile。这确实可以防止错误，但只是因为它阻止优化器执行循环寄存器优化。
我找到了另一个解决方案：添加另一个局部变量b，如果需要（并且处于锁定状态），请执行以下操作：
a到bb循环中增量a如果需要的话复制回优化器用寄存器替换局部变量，因此代码仍然是优化的，但仅a在需要时才进行来自和到的复制，并且处于锁定状态。
这是新main()代码，其中箭头标记了更改的行。
int main(int argc, char* argv[])
{
bool work = (argc == 1);
int b = 0; // <----
if (work)
{
m.lock();
b = a; // <----
}
std::thread th(other);
for (int i = 0; i < 100000000; ++i)
{
if (i % 7 == 3)
{
if (work)
{
++b; // <----
}
}
}
if (work)
{
a = b; // <----
std::cout << a << "\n";
m.unlock();
}
th.join();
}
汇编代码如下所示（&a == 0x000744b0，b替换为edi）：
21: int b = 0;
00071473 xor edi,edi
22:
23: if (work)
00071475 test bl,bl
00071477 je main+5Bh (07149Bh)
24: {
25: m.lock();
........
00071492 add esp,4
26: b = a;
00071495 mov edi,dword ptr ds:[744B0h]
27: }
28:
........
33: {
34: if (work)
00071504 test bl,bl
00071506 je main+0C9h (071509h)
35: {
36: ++b;
00071508 inc edi
30: for (int i = 0; i < 100000000; ++i)
00071509 inc esi
0007150A cmp esi,5F5E100h
00071510 jl main+0A0h (0714E0h)
37: }
38: }
39: }
40:
41: if (work)
00071512 test bl,bl
00071514 je main+10Ch (07154Ch)
42: {
43: a = b;
44: std::cout << a << "\n";
00071516 mov ecx,dword ptr ds:[73084h]
0007151C push edi
0007151D mov dword ptr ds:[744B0h],edi
00071523 call dword ptr ds:[73070h]
00071529 mov ecx,eax
0007152B call std::operator<<<std::char_traits<char> > (071A80h)
........
这可以保持优化并解决（或解决）问题。
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