为什么这个变量没有优化出来答案

【问题标题】：why this variable is not optimized out为什么这个变量没有优化出来
【发布时间】：2021-10-15 16:46:50
【问题描述】：

我有一个简单的 sn-p，其中编译器优化了变量“done”

#include <pthread.h>
#include <stdbool.h>

bool done = false;

void *func(void *args)
{
    done = true;

    return NULL;
}

main()
{
    pthread_t p1;
    
    pthread_create(&p1, NULL, func, NULL);
    printf("waiting\n");
    
    while(!done)
    {}
    printf("moving on...\n");
}

这里，在没有 volatile 关键字的情况下，变量“done”被优化掉并进入无限循环。

我正在编译使用：

gcc -O2 volatile.c -lpthread

但是当我使用简单的 func() 版本时：

#include <stdbool.h>

bool done = false;

void func()
{
        done = true;

}

main()
{
        func();
        printf("waiting\n");

        while(!done)
        {}
        printf("moving on...\n");
}

但是这里的变量“done”没有优化出来，两者有什么区别？

编译器在第二种情况下猜到“完成”会改变一些方式，但在 Pthread 的情况下不会？

我的 GCC 版本是：

gcc --version gcc (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.12) 5.4.0 20160609

【问题讨论】：

“优化”是什么意思？您没有提供您使用的任何命令行选项。
variable "done" is optimized away 你怎么知道它被“优化掉了”？只是true。我是bool done = true;，你是说bool done = false;吗？
@KamilCuk，是的，我刚刚更新了 sn-p。
那么，现在，这不是一个无限循环..
顺便说一下，对于可移植的 C，volatile 不足以防止数据竞争和未定义的行为。您必须将 done 设为 atomic 类型（这也将防止不必要的优化）

标签： c linux

【解决方案1】：

变量done 在这两种情况下都没有优化。优化的（在这两种情况下）是 while 循环中 done 的 read。该读取被提升出循环并在循环之前发生一次；然后循环运行 0 次或无限次，具体取决于循环前读取的 done 的值。它实际上变成了

    if (!done)
        while (true) {}
    else
        while (false) {}

然后将其进一步简化为

    if (!done) while (true) {}

【讨论】：

那么当然，在第二个程序中，在循环开始之前我们肯定有done == true（因为func()已经返回），所以没有执行无限循环，一切都很好。在第二种情况下，存在数据竞争，因此done 在循环之前读取时可能为真或假，因此我们可能会得到一个无限循环或根本没有循环。（或鼻恶魔，因为毕竟数据竞赛是 UB。）

【解决方案2】：

以下建议的代码：

包括缺少的头文件：“stdio.h”用于“printf()”和“fprintf()”
正确退出线程函数
正确地使“主”线程等待子线程以避免“消耗所有可用的 CPU 周期”
正确检查对“pthread_create()”的调用状态——此函数未设置“errno”
正确处理“args”参数以避免编译器警告
消除“无用”变量“完成”
为 'main()' 使用有效的签名
包含适当的水平间距以提高可读性
消除不需要的标头“stdbool.h”

现在，建议的代码：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>  // printf(), fprintf()
#include <stdlib.h> // exit() and EXIT_FAILURE

//bool done = false;

void *func( void *args )
{
    (void)args;   // eliminate warning about unused argument
    //done = true;

    //return NULL;
    pthread_exit( NULL );
}

int main( void )   //use valid signature for 'main()'
{
    pthread_t p1;
    
    if( pthread_create( &p1, NULL, func, NULL ) != 0 )
    {
        fprintf( stderr, "call to pthread_create() failed\n" );
        exit( EXIT_FAILURE );
    }

    printf( "waiting\n" );
    pthread_join( p1, NULL );  // wait for sub thread to exit
    
    //while(!done)
    //{}
    printf( "moving on...\n" );
}

【讨论】：