C++编译器如何支持C++11原子，但不支持C++11内存模型

Question

在查看 Clang 和 g++ C++11 实现状态时，我注意到一些奇怪的事情：
它们支持 C++11 原子，但不支持 C++11 内存模型。
我的印象是你必须有 C++11 内存模型才能使用原子。那么对原子和内存模型的支持到底有什么区别？
缺乏内存模型支持是否意味着使用

std::atomic<T>

的合法 C++11 程序的 seq 不一致？

Answer 1

问题之一是“内存位置”的定义，它允许（并强制编译器支持）通过不同的锁锁定不同的结构成员。有一个关于由此引起的 RL 问题的讨论。

基本上问题在于

struct

的定义如下：

struct x {
    long a;
    unsigned int b1;
    unsigned int b2:1;
};

编译器也可以通过覆盖

b2

来自由地实现对

b1

的写入（显然，从报告来看，确实如此）。因此，这两个字段必须被锁定为一个。然而，由于 C++11 内存模型，这是被禁止的（好吧，并不是真的禁止，但编译器必须确保同时更新

b1

和

b2

不会干扰；它可以通过锁定或对每个这样的更新进行 CAS 处理，好吧，在某些架构上生活很困难）。引用报告：

我向我们的 GCC 人员提出了这个问题，他们对我说：“C 确实不提供这样的保证，也不能可靠地锁定不同的如果它们共享自然对齐，则具有不同锁的结构字段字大小的存储区域。 C++11 内存模型将保证这一点，但这还没有实现，您也没有使用 C++11 构建内核编译器。”

也可以在 wiki 中找到不错的信息。

Answer 2

我猜这些情况下的“缺乏内存模型”仅意味着优化器是在 C++11 内存模型发布之前编写的，并且现在可能执行无效的优化。验证内存模型的优化非常困难且耗时，因此 clang/gcc 团队尚未完成这一工作也就不足为奇了。

缺乏内存模型支持是否意味着使用 std::atomic 的合法 C++11 程序的 seq 不一致？

是的，这是有可能的。更糟糕的是：编译器可能会将数据竞争引入（根据 C++11 标准）无竞争程序，例如通过引入推测写入。

例如，几个C++编译器用于执行此优化：

for (p = q; p = p -> next; ++p) {
    if (p -> data > 0) ++count;
}

可以优化为：

register int r1 = count;
for (p = q; p = p -> next; ++p) {
    if (p -> data > 0) ++r1;
}
count = r1;

如果所有

p->data

均为非负数，则原始源代码不会写入

count

，但优化后的代码会写入。这可能会在无竞争的程序中引入数据竞争，因此 C++11 规范不允许此类优化。现有编译器现在必须验证（并在必要时调整）所有优化。

Answer 3

并不是说它们不支持内存模型，而是它们（尚）不支持标准中用于与内存模型交互的 API。该 API 包含许多互斥体。

然而，一段时间以来，Clang 和 GCC 都在没有正式标准的情况下尽可能地支持线程。您不必担心优化会将事情移至原子操作的错误一侧。