静态变量和线程（C）

Question

我知道在 C 中的函数内声明静态变量意味着该变量在函数调用之间保留其状态。在线程的上下文中，这是否会导致变量在多个线程上保留其状态，或者在每个线程之间具有单独的状态？ 这是我正在努力回答的过去的纸质考试问题：

以下 C 函数旨在用于为其调用者分配唯一标识符 (UID)：

get_uid() 
{
static int i = 0;
return i++;
}

解释 get_uid() 在多线程调用的环境中可能会以何种方式错误地工作。使用 具体的示例场景，给出关于原因和方式的具体细节 可能会出现不正确的行为。

目前我假设每个线程都有一个单独的变量状态，但我不确定这是否正确，或者答案是否更多地与缺乏互斥有关。如果是这样的话，那么在这个例子中如何实现信号量呢？

Answer 1

get_uid()

，可能存在

竞争条件

，哪些线程会递增i并获取可能不唯一的ID。

Answer 2

i

是静态变量，因此它有固定的地址。它的“状态”只是该地址处的内存内容，由所有线程共享。

后缀

++

运算符递增其参数并生成递增之前的参数值。这些操作的完成顺序没有定义。一种可能的实现是

copy i to R1
copy R1 to R2
increment R2
copy R2 to i
return R1

如果有多个线程正在运行，它们可以同时或分散执行这些指令。自己计算出可以获得不同结果的序列。 （请注意，每个线程确实有自己的寄存器状态，即使对于在同一 CPU 上运行的线程也是如此，因为当线程切换时会保存和恢复寄存器。）

这种根据不同线程中不确定的操作顺序而产生不同结果的情况称为“竞争条件”，因为不同线程之间存在“竞争”，即哪个线程先执行哪个操作。

不，如果您想要一个值取决于使用它的线程的变量，您应该看看

线程本地存储。

Answer 3

静态变量，你可以想象它真的像一个完全的全局变量。真的很相似。因此它由知道其地址的整个系统共享。

编辑

：同样作为注释提醒它，如果您将此实现保留为静态变量，竞争条件可能会使值

i

同时由多个线程递增，这意味着您没有任何函数调用将返回的值的想法。在这种情况下，您应该通过所谓的同步对象（如互斥体或

临界区

）来保护访问。 由于这看起来像家庭作业，我将仅回答其中的一部分，即每个线程将共享

i

Answer 4

如果您使用 gcc，则可以使用

atomic 内置

Answer 5

int get_uid() 
{
    static int i = 0;
    return __atomic_fetch_add(&i, 1, __ATOMIC_SEQ_CST);
}

这将确保该变量不能同时被多个线程操作。

每个线程将共享相同的静态变量，该变量很可能是全局变量。某些线程可能具有错误值的情况是竞争条件（增量不是在一次执行中完成的，而是在 3 个汇编指令中完成的：加载、增量、存储）。阅读此处，链接中的图表很好地解释了这一点。

Answer 6