char 数组上的 C++ 内存模型和竞争条件答案

【问题标题】：C++ memory model and race conditions on char arrayschar 数组上的 C++ 内存模型和竞争条件
【发布时间】：2013-11-23 01:50:32
【问题描述】：

基本上我很难理解这一点：（来自 Bjarne 常见问题解答）

但是，大多数现代处理器无法读取或写入单个字符，它必须读或写一个完整的单词，所以赋值给 c 真的是``读取包含c的单词，替换c部分，然后写再次返回这个词。'' 由于对 b 的赋值是相似的，所以有两个线程甚至有很多机会相互破坏尽管线程不（根据其源文本）共享数据！

那么如果元素之间没有 3(7?) 个字节填充，char 数组如何存在呢？

【问题讨论】：

关于本段的另一个问题，关于它对“现代硬件”的主张：Can modern x86 hardware not store a single byte to memory?。（TL：DR：无论硬件在内部做什么，所有具有字节存储指令的 ISA 都不会对周围字节产生任何架构上可见的影响，因此不存在软件正确性问题。早期的 Alpha AXP 是唯一没有字节加载/存储指令，这是 C++11 内存模型的问题。）

标签： c++ c++11 race-condition memory-model

【解决方案1】：

我认为 Bjarne 在这方面是错误的，或者至少，他是大大简化了事情。大多数现代处理器是无需先读取一个完整的字就可以写入一个字节，或者更确切地说，他们表现得“好像”就是这种情况。在特别是，如果你有一个char array[2];，并且只有一个线程访问array[0]，线程二只访问array[1] （包括当两个线程都在改变值时），那么你 不需要任何额外的同步；这是有保证的按标准。如果硬件不允许直接这样做，编译器必须自己添加同步。

注意上面的“好像”非常重要。现代硬件确实通过高速缓存行访问主内存，而不是字节。但它也具有修改高速缓存行中单个字节的规定，因此回写时，处理器内核不会修改字节在其缓存中未修改的。

【讨论】：

【解决方案2】：

支持 C++11 的平台必须能够访问大小为 1char 的存储，而无需发明写入。 x86 确实有这种能力。如果一个处理器必须在任何时候一次修改 32 位，它必须有一个 32 位宽的char。

（一些背景推理：数组是连续存储的，字符没有填充（3.9.1）。）

【讨论】：

@NoSenseEtAl：只要他能想到足够多的其他平台......他描述的一个角色肯定是:-)
@NoSenseEtAl：不管怎样，Herb Sutter 在Atomic Weapons 会谈中非常清楚地表明了这一点。
@NoSenseEtAl：另外，我认为关键是 naive 实现 read-modify-write 发明了虚假写入。但这并不是说该架构也不支持更昂贵、更正确的操作。在单线程模式下，你不会愿意付出这样的代价。
关于单线程模式... afaik 编译器无法知道它是否是单线程的，Hans 明确提到他们通过禁止投机写入等某些东西而损失了一些性能
@NoSenseEtAl Ram 总线的作用与 CPU 的逻辑工作之间存在差异。 Stroustrup 知道这一点（并期待他的读者提供这些知识）。 x86-Assembler 可以轻松访问字节。但 Ram-Interface 会读写整个 32（或 64）位字。