Comment pouvons-nous garantir l'ordre d'exécution des instructions en C pour éviter les erreurs induites par l'optimisation ?

Assurer l'ordre des déclarations en C

Contexte :

Application d'un ordre d'exécution spécifique pour les déclarations en C est crucial lorsque le comportement du programme dépend d'un timing précis ou de l'ordre d'initialisation. Cependant, les techniques d'optimisation agressives de C, en particulier au niveau d'optimisation 2 (-O2), peuvent réorganiser les instructions, perturbant potentiellement l'exécution prévue.

Énoncé du problème :

Supposons nous avons une séquence d'instructions qui doivent être exécutées dans un ordre spécifique, tel que :

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

auto elapsedTime = t2 - t1;

Le compilateur peut optimiser le code en spéculant que L'instruction 2 est indépendante des autres instructions et réorganisez-la comme suit :

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

auto elapsedTime = t2 - t1;

Cette réorganisation pourrait entraîner des mesures de temps incorrectes.

Solutions :

1. S'appuyer sur un comportement non défini :

La norme C ne définit pas le comportement d'un programme lorsqu'un comportement non défini se produit. En tant que tel, certains compilateurs peuvent fournir des options pour empêcher les optimisations qui pourraient conduire à un comportement indéfini, comme l'accès à la mémoire non initialisée. Cependant, s'appuyer sur un comportement indéfini n'est généralement pas recommandé.

2. Utiliser des barrières de mémoire :

Les barrières de mémoire, telles que std::atomic_thread_fence, peuvent empêcher le compilateur de réorganiser certains types d'opérations de mémoire à travers une barrière. Cependant, ils sont généralement inefficaces pour empêcher la réorganisation des opérations arithmétiques et logiques.

3. Outils externes :

Des outils externes, tels que Memcheck de Valgrind, peuvent être utilisés pour détecter et signaler les cas où le compilateur a réorganisé les instructions de manière inattendue. Cependant, ces outils ne peuvent pas empêcher les réorganisations en premier lieu.

4. Structures de données opaques :

Les structures de données qui imposent un accès opaque peuvent empêcher le compilateur d'optimiser certaines opérations impliquant les données de la structure. Par exemple, une structure de données basée sur un handle qui nécessite des opérations explicites pour accéder aux données sous-jacentes peut empêcher la réorganisation si les opérations ne sont pas implémentées de manière à permettre au compilateur de voir à travers le handle.

5 . Intrinsèques du compilateur :

Certains compilateurs fournissent des intrinsèques qui permettent au programmeur de contrôler explicitement l'accès à la mémoire ou l'ordre d'exécution des instructions. Par exemple, les intrinsèques _mm_sfence et _mm_lfence d'Intel peuvent être utilisés pour établir des barrières de mémoire dans le code assembleur x86.

6. Techniques de micro-benchmarking :

Lors de la réalisation d'un micro-benchmarking, où un timing précis d'opérations spécifiques est essentiel, il est important d'employer des techniques qui empêchent le compilateur d'optimiser l'opération mesurée. Cela implique généralement d'utiliser des structures de données opaques et de garantir que les données d'entrée et de sortie ne sont pas exposées à l'optimiseur.

Conclusion :

Application de l'ordre des instructions en C peut être difficile en raison des techniques d'optimisation agressives du compilateur. Bien qu'il existe certaines techniques disponibles, notamment les structures de données opaques, les éléments intrinsèques du compilateur et les techniques de micro-benchmarking, il est important d'examiner attentivement l'impact potentiel des optimisations du compilateur sur l'exactitude de votre programme.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!