Wie können wir die Ausführungsreihenfolge von Anweisungen in C sicherstellen, um optimierungsbedingte Fehler zu verhindern?

Sicherstellung der Anweisungsreihenfolge in C

Hintergrund:

Durchsetzung einer bestimmten Ausführungsreihenfolge für Anweisungen in C ist entscheidend, wenn das Programmverhalten vom genauen Timing oder der Reihenfolge der Initialisierung abhängt. Die aggressiven Optimierungstechniken von C, insbesondere auf Optimierungsebene 2 (-O2), können jedoch Anweisungen neu anordnen und möglicherweise die beabsichtigte Ausführung stören.

Problemstellung:

Angenommen Wir haben eine Folge von Anweisungen, die in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden müssen, wie zum Beispiel:

auto t1 = Clock::now(); // Statement 1
foo();                  // Statement 2
auto t2 = Clock::now(); // Statement 3

auto elapsedTime = t2 - t1;

Der Compiler optimiert möglicherweise den Code, indem er diese Anweisung 2 spekuliert ist unabhängig von den anderen Aussagen und ordnet es wie folgt neu an:

foo();                  // Statement 2
auto t1 = Clock::now(); // Statement 1
auto t2 = Clock::now(); // Statement 3

auto elapsedTime = t2 - t1;

Diese Neuordnung könnte zu falschen Zeitmessungen führen.

Lösungen:

1. Verlassen Sie sich auf undefiniertes Verhalten:

Der C-Standard definiert nicht das Verhalten eines Programms, wenn undefiniertes Verhalten auftritt. Daher stellen einige Compiler möglicherweise Optionen bereit, um Optimierungen zu verhindern, die zu undefiniertem Verhalten führen könnten, z. B. dem Zugriff auf nicht initialisierten Speicher. Generell wird jedoch davon abgeraten, sich auf undefiniertes Verhalten zu verlassen.

2. Speicherbarrieren verwenden:

Speicherbarrieren wie std::atomic_thread_fence können verhindern, dass der Compiler bestimmte Arten von Speicheroperationen über eine Barriere hinweg neu anordnet. Sie verhindern jedoch in der Regel nicht die Neuordnung arithmetischer und logischer Operationen.

3. Externe Tools:

Externe Tools wie Valgrinds Memcheck können verwendet werden, um Fälle zu erkennen und zu melden, in denen der Compiler Anweisungen auf unerwartete Weise neu angeordnet hat. Allerdings können diese Tools eine Nachbestellung nicht von vornherein verhindern.

4. Undurchsichtige Datenstrukturen:

Datenstrukturen, die einen undurchsichtigen Zugriff erzwingen, können den Compiler daran hindern, bestimmte Vorgänge mit den Daten der Struktur zu optimieren. Beispielsweise kann eine Handle-basierte Datenstruktur, die explizite Operationen erfordert, um auf die zugrunde liegenden Daten zuzugreifen, eine Neuordnung verhindern, wenn die Operationen nicht so implementiert sind, dass der Compiler das Handle durchschauen kann.

5 . Compiler-Intrinsics:

Einige Compiler bieten Intrinsics, die es dem Programmierer ermöglichen, den Speicherzugriff oder die Reihenfolge der Befehlsausführung explizit zu steuern. Beispielsweise können die intrinsischen Funktionen _mm_sfence und _mm_lfence von Intel verwendet werden, um Speicherzäune im x86-Assemblercode einzurichten.

6. Mikro-Benchmarking-Techniken:

Bei der Durchführung von Mikro-Benchmarking, bei dem das genaue Timing bestimmter Vorgänge von entscheidender Bedeutung ist, ist es wichtig, Techniken einzusetzen, die verhindern, dass der Compiler den gemessenen Vorgang wegoptimiert. Dazu gehört in der Regel die Verwendung undurchsichtiger Datenstrukturen und die Sicherstellung, dass die Eingabe- und Ausgabedaten nicht dem Optimierer zugänglich gemacht werden.

Fazit:

Die Durchsetzung der Anweisungsreihenfolge in C kann eine Herausforderung sein aufgrund der aggressiven Optimierungstechniken des Compilers. Obwohl einige Techniken verfügbar sind, darunter undurchsichtige Datenstrukturen, Compiler-Intrinsics und Mikro-Benchmarking-Techniken, ist es wichtig, die möglichen Auswirkungen von Compiler-Optimierungen auf die Korrektheit Ihres Programms sorgfältig abzuwägen.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWie können wir die Ausführungsreihenfolge von Anweisungen in C sicherstellen, um optimierungsbedingte Fehler zu verhindern?. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!