名义上在互斥条件下发生的写入之间是否存在数据竞争？

Question

考虑以下代码片段：

// Main thread
int non_atom = 0;
bool x = _ // some value not known statically, depends on run-time arguments and complex calculations.

// Thread 1 and 2 are started

// Thread 1
if (!x) {
    non_atom = 5; // only write to non_atom if not x
}

// Thread 2
int bar = 0;
if (x) {
    bar = non_atom; // only access non_atom if x
}

在运行时，只有 T1 或 T2 会访问非原子，因此不应该存在数据竞争。 但假设编译器决定像这样反转 T2 中的 if 条件：

int bar = non-atom;
if (!x) {
    bar = 0;
}

这不仅仅是重新排序，而是条件及其效果的倒置。现在存在数据竞争，因为如果

x==true

两个线程都在不同步的情况下访问

non-atom

。

编译器允许这样做吗？假设编译器无法静态证明只有一个线程访问 x，例如因为 T1 和 T2 中的代码位于不同翻译单元的函数中。编译器是否允许动态地引入数据争用，以前没有数据争用，或者更确切地说，编译器是否足够小心，即使在任何地方都不涉及原子，也不会进行此类转换？如果我在现实世界中遇到这种情况，为了安全起见我应该使用原子吗？

这个问题与这个旧问题类似：数据竞争由 if (false) 保护...标准怎么说？

但是，在这个老问题中，条件静态地始终为假，因此很明显，永远不应该对其进行评估。在这个问题中，编译器在编译时并不知道运行时值，并且优化不是简单的重新排序。

这个问题的灵感来自于 Russ Cox 的一篇关于 Go 内存模型的帖子（ctrl-f“注意所有这些优化”），他在其中声称与 Go 相比，C++ 编译器允许此类转换。

Answer 1

编译器不允许在源代码级别上以这种方式转换代码，因为它可能不认为程序是等效的。它们并不等同，因为一个具有未定义的行为，而另一个则没有。

但是，编译器当然可以利用有关变量和体系结构的知识，以机器指令中的非直接方式实现函数。

例如，编译器知道

non_atom

具有静态存储持续时间，因此无论

non_atom

的值如何，仍然可以访问为

x

保留的内存，而不会导致错误。

那么，在我所知道的任何架构上，执行额外的

non_atom

加载的唯一问题是，它可能会导致读取撕裂值。它也可能看不到其他线程写入的值。没有其他事情可能发生。但如果原始代码没有 UB，这些都不是问题。因此，独立于

x

的值进行加载不是问题。

因此编译器可以无条件地在机器代码中进行加载。它不会影响程序的可观察行为。他们是否真的这样做是一个不同的问题，因为编译器在编译各个线程函数时不知道其他代码正在访问

non_atom

。