g++/gcc 是否支持 C++20 新的 atomic_flag 特性？

Question

根据cppreference，c++20 具有丰富的（对我来说很有用）的atomic_flag操作支持。

但是，尚不清楚 gcc 是否还支持这些功能，在gnu 的功能摘要中找不到它们。我目前正在使用带有-c++=2aset 的版本 8 。

这段代码不能用 GCC8 编译：

#include <atomic>

int main() {
  std::atomic_flag myFlag = ATOMIC_FLAG_INIT;
  myFlag.test();
}

error: ‘struct std::atomic_flag’ has no member named ‘test’

我不想通过安装较新版本的 g++ 来破坏我的构建环境，并且感谢任何可以报告atomic_flag版本 10 或更高版本支持的人。

Answer 1

atomic<bool>做任何事情atomic_flag，就像在所有普通 C++ 实现上一样高效。C++20 刚刚向 atomic_flag 添加了新的东西，使其达到atomic<bool>. atomic_flag为保证是lock_free，但在所有平台上有人关心的做法，所以是atomic<bool>。

不要期望 GCC8 具有所有 C++2a 特性；至少在https://godbolt.org/上尝试使用最新版本或每晚 gcc。（另请注意，需要支持这一点的不是编译器本身，只是标准库头文件。但 libstdc++ 通常与 g++ 一起分发。）

我调整了您的示例，以便可以在启用优化的情况下编译它，而无需优化实际工作。

#include <atomic>

int flagtest(std::atomic_flag &myFlag) {
  //std::atomic_flag myFlag = ATOMIC_FLAG_INIT;
  return myFlag.test();
}

在带有 gcc 和 clang的 Godbolt 编译器资源管理器上：GCC10.2 不支持新的 C++20atomic_flag::test()成员函数，GCC nightly trunk build 支持。Clang 11.0 和主干可以，clang 10.0.1 不行。

# GCC trunk for x86-64 -O3 -std=gnu++2a
flagtest(std::atomic_flag&):
        movzx   eax, BYTE PTR [rdi]
        ret
booltest(std::atomic<bool>&):
        movzx   eax, BYTE PTR [rdi]
        test    al, al
        setne   al
        movzx   eax, al                # this is weird, GCC has gone insane.
        ret

使用 clang，我们还可以尝试 libc++（C++ 标准库的新实现）。默认情况下，Linux（包括 Godbolt）上的 clang 使用 libstdc++，就像 GCC 一样。

# clang 11.0 -O3 -std=gnu++2a -stdlib=libc++
flagtest(std::__1::atomic_flag&):      # @flagtest(std::__1::atomic_flag&)
        mov     al, byte ptr [rdi]
        movzx   eax, al
        and     eax, 1
        ret
booltest(std::__1::atomic<bool>&):         # @booltest(std::__1::atomic<bool>&)
        mov     al, byte ptr [rdi]
        movzx   eax, al
        and     eax, 1
        ret

这太奇怪了，太可怕了；即使内存中的值可能没有被布尔化，也没有理由不合并到 RAX 的低字节，然后 movzx eax,al，而不是首先进行 movzx 加载。

但是and eax,1，如果 GCC 认为需要重新布尔化，那么它比 GCC 的疯狂 test/setnz/movzx 更糟糕。（它实际上并不需要这样做；ABI 保证内存中的 bool 是实际的0或1字节，并atomic<bool>使用与 相同的对象表示bool。）

因此，使用 clang，两种方式都会将愚蠢的错过优化转换为int. 由于某种原因atomic_flag，使用 GCC不会遇到这个问题，但我不建议仅仅因为这个原因使用它。希望atomic<bool>会得到修复，通常您不会将 bool 转换为 int。

正常使用atomic<bool>or atomic_flag，就像在它上面分支​​一样，不应该有任何这些遗漏的优化。 例如

int g0, g1;
int conditional_load(std::atomic<bool> &myFlag) {
    return myFlag ? g0 : g1;
}

# gcc 11 nightly build -O3
conditional_load(std::atomic<bool>&):
        movzx   eax, BYTE PTR [rdi]
        test    al, al
        mov     eax, DWORD PTR g0[rip]
        cmove   eax, DWORD PTR g1[rip]
        ret

所以这很正常。Clang 选择在地址之间进行选择，然后加载一次。这将负载使用延迟放在关键路径上并需要更多指令；当两个变量相邻时更糟糕的选择，所以可能来自同一个缓存行。（GCC 的选择总是涉及两个变量，如果可以在缓存中保持“冷”状态可能会更糟）。