為什麼編譯器不合併連續的原子寫入？

冗餘原子寫入最佳化

為什麼編譯器不會將相同值的連續寫入合併到單一原子變數？讓我們深入研究這個問題並找出根本原因。

「假設」規則

根據 C 標準，編譯器可以合併多個原子寫入單一操作。即使這些寫入涉及不同的值，所產生的行為仍然允許遵守「假設」規則。此規則意味著最佳化程式碼的執行與原始寫入序列具有相同的可觀察效果。

編譯器行為與硬體約束

儘管理論上是可能的，實際中編譯器一般不會執行這種最佳化。這樣做的主要原因是為了避免在針對真實硬體時對效能和行為產生不良影響。

進度條和其他範例

考慮進度條的範例。優化單一操作的多個原子寫入可能會導致進度條保持在 0 然後突然跳到 100%，這可能會誤導使用者。這種最佳化會出現問題的其他場景包括避免循環中無用的shared_ptr引用計數遞增和遞減。

最小驚喜原則

程式設計師期望原子寫入體現在每個來源儲存操作的記憶體。合併多個寫入違反了這一期望，導致潛在的混亂和不正確的行為。

實作品質問題

編譯器很難確定何時可以安全地最佳化原子寫入不會違反排序規則並影響程式的其他方面。

未來最佳化和 API 擴充

C 工作小組正在進行討論，以擴展 std::atomic API 並為程式設計師提供對最佳化更精細的控制。這將使編譯器能夠在適當的情況下執行最佳化，同時確保程式行為的完整性和清晰度。

同時，使用 揮發性原子或考慮替代實現，例如shared_ptr_unsynchronized，可以幫助避免不良的最佳化效果。

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