如何保证C语言的语句执行顺序，防止优化引起的错误？

确保 C 语言中的语句顺序

背景：

强制语句的特定执行顺序当程序行为取决于精确的计时或初始化顺序时，C 语言至关重要。然而，C 的激进优化技术，特别是在优化级别 2 (-O2) 上，可能会对语句重新排序，从而可能扰乱预期的执行。

问题陈述：

假设我们有一系列必须按特定顺序执行的语句，例如：

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

auto elapsedTime = t2 - t1;

编译器可能会优化通过推测语句 2 独立于其他语句并按如下方式重新排序来修改代码：

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

auto elapsedTime = t2 - t1;

此重新排序可能会导致不正确的时间测量。

解决方案：

1。依赖未定义的行为：

C 标准没有定义发生未定义行为时程序的行为。因此，某些编译器可能会提供选项来防止可能导致未定义行为的优化，例如访问未初始化的内存。但是，通常不建议依赖未定义的行为。

2.使用内存屏障：

内存屏障，例如 std::atomic_thread_fence，可以防止编译器跨屏障重新排序某些类型的内存操作。然而，它们通常无法有效地防止算术和逻辑运算的重新排序。

3.外部工具：

外部工具，例如 Valgrind 的 Memcheck，可用于检测和报告编译器以意外方式重新排序语句的情况。然而，这些工具无法从一开始就阻止重新排序。

4.不透明数据结构：

强制执行不透明访问的数据结构可以防止编译器优化涉及结构数据的某些操作。例如，基于句柄的数据结构需要显式操作来访问底层数据，如果这些操作未以允许编译器查看句柄的方式实现，则可能会阻止重新排序。

5 。编译器内在函数：

一些编译器提供允许程序员显式控制内存访问或指令执行顺序的内在函数。例如，Intel 的 _mm_sfence 和 _mm_lfence 内在函数可用于在 x86 汇编代码中建立内存栅栏。

6.微基准测试技术：

在执行微基准测试时，特定操作的精确计时至关重要，因此采用防止编译器优化测量操作的技术非常重要。这通常涉及使用不透明的数据结构并确保输入和输出数据不会暴露给优化器。

结论：

在 C 中强制执行语句顺序可能具有挑战性由于编译器的积极优化技术。虽然有一些可用的技术，包括不透明数据结构、编译器内在函数和微基准测试技术，但仔细考虑编译器优化对程序正确性的潜在影响非常重要。

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