乱序执行 - 它可以绕过控制语句吗？

Question

关于 OOO，假设我只有一个进程（带有一个线程）运行此代码：

void foo() {

    if (x == 0) {
        return;
    }

    y->data = 5;

}

现在，让我们假设我知道，仅当

y

不为零时，

x

才有效。 从硬件角度来看，CPU可以在读取

y->data = 5

之前执行

x

吗？ 它可能会导致 CPU 访问 NULL/垃圾指针并崩溃。

如果不是，原因是什么？ 因为 if/while/for/goto 是控制语句，CPU 看到控制语句时不会提前获取指令？

我记得，OOO 对于执行其指令的一个线程应该是 100% 透明的。

Answer 1

取决于你如何看待它。

• 从用户的角度来看，不会。
• 从CPU的角度来看，是的。

从用户的角度来看，程序的行为必须“好像”是按顺序运行的。
换句话说，顺序运行和使用 OOE 运行之间没有明显的区别。 （除了性能之外）

从CPU的角度来看，是的，它实际上可以绕过if语句并执行

y->data = 5;

。但这是因为分支预测而不是OOE。

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在现代处理器上，线程有可能错误预测分支：

if (x == 0) {
    return;
}

并实际尝试执行

y->data = 5;

...

如果发生这种情况并且

y

是一个坏指针，它将得到硬件异常，但由于执行仍处于推测模式，所以该异常被保留。

一旦线程意识到它错误地预测了分支，它将丢弃该分支之后的所有内容（包括异常）。

所以最终没有什么可担心的。即使处理器尝试做它不能做的事情，也不会影响顺序行为。

换句话说，如果现代处理器弄得一团乱，这不是你的错，它会自行清理。

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当您有多个线程时，事情会变得更加丑陋，但这超出了这个问题的范围。

Answer 2

答案是：视情况而定。

C 标准描述了一个抽象机，其中优化问题无关紧要。除了访问 volatile 对象之外，如果不改变程序的可观察行为，实现可以自由地重新排序语句。 C11 为程序的

可观察行为

提出了定义：

(C11, 5.1.2.3p6) “符合实施的最低要求是：

— 对易失性对象的访问严格按照抽象规则进行评估 机器。

— 程序终止时，写入文件的所有数据应与程序的结果相同 根据抽象语义执行程序就会产生。

— 交互设备的输入和输出动态应按照中的规定进行 7.21.3。这些要求的目的是无缓冲或行缓冲输出 尽快出现，以确保提示消息实际出现在 等待输入的程序。

这是程序可观察到的行为”

C11也有这段（已经存在于C99中）：

(C11, 5.1.2.3p10)“或者，实现可能会在每个翻译单元内执行各种优化，例如 仅当跨翻译单元边界进行函数调用时，实际语义才会与抽象语义一致。 [...]”

因此，在您的示例中，它实际上取决于

y

的声明方式（即它的链接是什么？）以及它在程序中的使用方式。

在现实生活中，编译器实际上会使用重新排序来优化代码的某些部分（如果它认为它不会影响程序的可观察行为）。