由 if (false) 保护的数据竞争...标准是怎么说的？

Question

考虑以下情况

// Global
int x = 0; // not atomic

// Thread 1
x = 1;

// Thread 2
if (false)
    x = 2;

根据标准，这是否构成数据竞争？[intro.races] 说：

如果两个表达式求值之一修改内存位置 (4.4)，而另一个表达式求值读取或修改同一内存位置，则两个表达式求值会发生冲突。

如果程序的执行包含两个潜在并发冲突的操作，并且至少其中一个操作不是原子操作，并且两者都发生在另一个操作之前，则该程序的执行将包含数据争用，除了下面描述的信号处理程序的特殊情况之外。任何此类数据竞争都会导致未定义的行为。

从语言律师的角度来看是否安全，因为程序永远不能执行“表达式求值” x = 2;？

从技术角度来看，如果某个奇怪、愚蠢的编译器决定对该写入执行推测执行，并在检查实际情况后将其回滚，该怎么办？

激发这个问题的原因是（至少在标准 11 中），允许以下程序的结果完全取决于重新排序/推测执行：

// Thread 1:
r1 = y.load(std::memory_order_relaxed);
if (r1 == 42) x.store(r1, std::memory_order_relaxed);
// Thread 2:
r2 = x.load(std::memory_order_relaxed);
if (r2 == 42) y.store(42, std::memory_order_relaxed);
// This is allowed to result in r1==r2==42 in c++11

（比较https://en.cppreference.com/w/cpp/atomic/memory_order）

Answer 1

关键术语是“表达评估”。举个非常简单的例子：

int a = 0;
for (int i = 0; i != 10; ++i) 
   ++a;

有 1 个表达式++a，但有 10 个评估。这些都是有序的：第五次评估发生在第六次评估之前。并且 的评估++a与 的评估是交错的i!=10。

所以，在

int a = 0;
for (int i = 0; i != 0; ++i) 
   ++a;

有 0 条评价。通过一个简单的重写，我们得到了

int a = 0;
if (false)
   ++a;

现在，如果有 10 个评估++a，我们需要担心所有 10 个评估是否与另一个线程竞争（在更复杂的情况下，答案可能会有所不同 - 比如说，如果您在 时启动一个线程a==5）。但如果根本没有评估++a，那么显然就没有赛车评估。

Answer 2

根据标准，这是否构成数据竞争？

不，数据竞争与对表达式中存储位置的访问有关，这些表达式实际上是按照您的报价状态进行评估的。在if (false) x = 2;表达式中x = 2;从不求值。因此，确定数据争用的存在根本不重要。

从语言律师的角度来看是否安全，因为程序永远不能执行“表达式求值”x = 2;？

是的。

从技术角度来看，如果某个奇怪、愚蠢的编译器决定对该写入执行推测执行，并在检查实际情况后将其回滚，该怎么办？

如果这样做会影响程序的可观察行为，则不允许这样做。否则它可能会这样做，但不可能观察到差异。

激发这个问题的原因是（至少在标准 11 中），允许以下程序的结果完全取决于重新排序/推测执行：

那是完全不同的情况。该程序也没有任何数据竞争，因为在两个线程中访问的唯一变量是原子变量，永远不会有数据竞争。它仅仅具有潜在的多个有效结果，这意味着竞争条件。数据竞争总是意味着未定义的行为，而不仅仅是未指定的行为。

此外，无中生有的问题只是由于多个原子之间的访问的循环依赖而出现的。在您的第一个示例中，只有一个变量，非原子变量，并且没有任何此类循环依赖性。