std :: memory_order和指令顺序，澄清

Question

这是对this one的跟进问题。

我想确切说明指令排序的含义，以及它如何受到std :: memory_order_acquire，std :: memory_order_release等的影响...

在我链接的问题中，已经提供了一些详细信息，但我觉得所提供的答案不是真正的顺序（这是我想要的更多），而是有点动机，这是必要的，等等。

我将引用相同的示例作为参考

#include <thread>
#include <atomic>
#include <cassert>
#include <string>

std::atomic<std::string*> ptr;
int data;

void producer()
{
    std::string* p  = new std::string("Hello");
    data = 42;
    ptr.store(p, std::memory_order_release);
}

void consumer()
{
    std::string* p2;
    while (!(p2 = ptr.load(std::memory_order_acquire)))
        ;
    assert(*p2 == "Hello"); // never fires
    assert(data == 42); // never fires
}

int main()
{
    std::thread t1(producer);
    std::thread t2(consumer);
    t1.join(); t2.join();
}

简而言之，我想弄清楚两行指令顺序到底发生了什么

ptr.store(p, std::memory_order_release);

和

while (!(p2 = ptr.load(std::memory_order_acquire)))

根据文档，首先关注

...在此存储之后，当前线程中的任何读取或写入操作都无法重新排序...

我看过很少的讲座来了解这个订购问题，我知道为什么现在很重要。我还不太清楚编译器如何翻译订单说明，我认为文档给出的示例也不是特别有用，因为在运行producer的线程中执行存储操作之后，没有其他指令，因此没有无论如何都会重新排序。但是，我可能还误会了，是否可能表示

std::string* p  = new std::string("Hello");
data = 42;
ptr.store(p, std::memory_order_release);

这样翻译的前两行将永远不会在原子存储之后移动？同样，在运行线程的生产器中，是否有可能在原子加载之前没有断言（或等效程序集）被移动？假设我在存储之后有第三条指令，那么这些指令将会发生什么，而原子加载之后已经发生了？

我还尝试编译这样的代码，以使用-S标志保存中间程序集代码，但它很大，我无法真正确定。

再次澄清，这个问题是关于排序的方式，而不是关于为什么这些机制有用或必要的原因。

Answer 1

std::string* ptr;
int data;

void producer()
{
    std::string* p  = new std::string("Hello");
    data = 42;
    ptr = p;
}

void consumer()
{
    std::string* p2;
    while (!(p2 = ptr))
        ;
    assert(*p2 == "Hello"); // never fires
    assert(data == 42); // never fires
}

在producer中，编译器可以在将赋值分配给ptr之后将其赋值移动到数据中。因为ptr在设置数据之前变为非null，所以可以触发相应的断言。

发布库禁止编译器执行此操作。
在consumer中，编译器可以将数据的断言自由移动到循环之前。
加载获取禁止编译器执行此操作。
与排序无关，但是编译器可以自由地完全省略循环，因为如果在循环开始时ptr为null，则没有任何东西可以有效地使它看起来不为null，从而导致无限循环，也可以假定为不循环发生。