gcc 对具有明显恒定变量的循环的优化效果

Question

我在优化一个c++代码时遇到了一种情况，可以简化如下。

考虑这段代码：

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

bool hit = false;

void F()
{
   this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
   hit = true;
}

int main()
{
   thread t(F);

   while (!hit)
      ;

   cout << "finished" << endl;
   t.join();
   return 0;
}

这基本上会启动一个线程，该线程会在一秒钟后将hit 的值更改为true。同时，代码进入一个空循环，该循环将一直持续到hit 的值变为true。我用gcc-5.4 使用-g 标志编译了这个，一切都很好。代码将输出finished 并结束。但是后来我用-O2标志编译它，这一次代码无限卡在循环中。

查看反汇编，编译器生成了以下内容，这就是死循环的根本原因：

jmp 0x6ba6f3 ！ 0x00000000006ba6f3

好的，很明显，编译器已经推断出hit 的值是false，它不会在循环中改变，所以为什么不假设它是一个无限循环而不考虑另一个线程可能会改变它的值！并且这种优化模式是在更高级别添加的（-O2）。由于我不完全是优化标志专家，谁能告诉我他们中的哪一个对这个结果负责，所以我可以把它关掉？并且关闭它会对其他代码段产生任何重大的性能成本吗？我的意思是，这种代码模式有多罕见？

Answer 1

此代码具有未定义的行为。您正在从一个线程修改 hit 并从另一个线程读取它，但没有同步。

将hit 优化为false 是未定义行为的有效结果。您可以通过将hit 设置为std::atomic<bool> 来解决此问题。这使得 if 定义明确，并阻止优化。

Answer 2

如果您想同时从多个线程读取/写入hit，那么您需要某种同步，否则您将引入竞争条件。您可以将hit 设为std::atomic<bool> 或添加在访问hit 值时需要锁定的mutex。如果您只想等待线程完成其工作，则可以只留下thread.join()（并在其后打印“完成”）而不引入任何其他标志。

Answer 3

通过将hit 声明为易失性，您是在告诉编译器此变量可以随时被外部因素修改，因此编译器不会假定它的值不会随着您的main 函数而改变.

只要只有一个线程写入hit 变量，您的代码应该可以正常工作，不涉及竞争条件。但是，当您处理多个线程时，使用同步工具（如原子对象、互斥锁和信号量）总是更安全，正如此处其他答案中已经提到的那样。