Warum führen Compiler aufeinanderfolgende atomare Schreibvorgänge nicht zusammen?

Optimierung redundanter atomarer Schreibvorgänge

Warum verzichten Compiler darauf, aufeinanderfolgende Schreibvorgänge desselben Werts in einer einzelnen atomaren Variablen zusammenzuführen? Lassen Sie uns dieser Problematik auf den Grund gehen und die zugrunde liegenden Gründe aufdecken.

Die „As-If“-Regel

Gemäß den C-Standards dürfen Compiler mehrere atomare Schreibvorgänge zusammenführen in einem einzigen Vorgang. Selbst wenn diese Schreibvorgänge unterschiedliche Werte beinhalten, darf das resultierende Verhalten dennoch der „Als-ob“-Regel entsprechen. Diese Regel impliziert, dass die Ausführung des optimierten Codes die gleichen beobachtbaren Auswirkungen hat wie die ursprüngliche Schreibsequenz.

Compilerverhalten vs. Hardwareeinschränkungen

Obwohl dies theoretisch möglich ist , Compiler führen diese Optimierung in der Praxis im Allgemeinen nicht durch. Der Hauptgrund dafür besteht darin, unerwünschte Auswirkungen auf Leistung und Verhalten bei der Ausrichtung auf echte Hardware zu vermeiden.

Fortschrittsbalken und andere Beispiele

Betrachten Sie das Beispiel eines Fortschrittsbalkens. Die Optimierung mehrerer atomarer Schreibvorgänge für einen einzelnen Vorgang könnte dazu führen, dass der Fortschrittsbalken bei 0 bleibt und dann abrupt auf 100 % springt, was Benutzer möglicherweise irreführt. Andere Szenarien, in denen eine solche Optimierung problematisch wäre, umfassen die Vermeidung nutzloser Inkremente und Dekremente der Shared_ptr-Ref-Anzahl in einer Schleife.

Prinzip der geringsten Überraschung

Programmierer erwarten, dass sich atomare Schreibvorgänge in manifestieren Speicher für jeden Quellspeichervorgang. Das Zusammenführen mehrerer Schreibvorgänge verstößt gegen diese Erwartung und führt zu potenzieller Verwirrung und falschem Verhalten.

Probleme mit der Qualität der Implementierung

Compiler haben Schwierigkeiten zu bestimmen, wann eine atomare Optimierung sicher ist schreibt, ohne die Bestellregeln zu verletzen und andere Aspekte des Programms zu beeinträchtigen.

Zukunft Optimierungen und API-Erweiterungen

Innerhalb der C-Arbeitsgruppe laufen derzeit Diskussionen, um die std::atomic API zu erweitern und Programmierern eine genauere Kontrolle über die Optimierung zu geben. Dadurch können Compiler gegebenenfalls Optimierungen durchführen und gleichzeitig die Integrität und Klarheit des Programmverhaltens sicherstellen.

In der Zwischenzeit wird die Verwendung von volatile atomic<> oder die Berücksichtigung alternativer Implementierungen wie shared_ptr_unsynchronized<> kann dabei helfen, unerwünschte Optimierungseffekte zu vermeiden.

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