问一个编译器问题，求编译大虾解惑

fuping0726

最近编写多线程代码，有个疑惑:全局变量会被优化到寄存器中吗（O3优化级别）？如果会，则全局变量在不加锁访问时必须要加volatile（锁一般都自带内存屏障）；但如果全局变量不会被优化到寄存器中，则volatile在多线程中基本失去意义，唯一用途就剩访问外设寄存器了；网上找不到比较权威的资料（网上的都是一些个人见解，有的人甚至把volatile和cache一致性混淆），比如有的资料说存在全局寄存器变量，有的资料则相反（论据是信号，信号都是异步执行的，而信号中会访问全局变量，如果全局变量被放到寄存器中，则所有的全局变量都必须加volatile，和现实不符合；而且貌似有的编译器禁止register 修饰全局变量）。

求编译器高手解惑！最好是研究过gcc编译器的，谢谢了

liuiang

问题很复杂，我的理解是：

全局变量会被优化到寄存器。

对于单核处理器，处理器如果可以原子（注1）访问一个全局变量，那么，用volatile可以保证程序正常运行；
可以说成：volatile本身可以保证高级语言到机器指令之间的顺序性，而单核处理器本身就维护了机器指令执行的顺序性。

volatile在多核处理器中，实际上失去了“程序员所期待的意义”，
VS 2005之后的版本，Java数据模型将这个关键字与内存屏障捆绑，也是希望将语义回归“程序员的期望”

volatile作为语言的关键字，仅与编译器相关，跟硬件没有关系（如果引入了mb指令，也只是指令层面）。

如果程序和异步信号都需要读-更改-写全局变量，则只能用原子指令，如果异步信号写，应用程序查询读，则不需要。

注1：这里用原子并不合适，非常微妙，不好描述，试想一下如果一个longlong类型在32bit处理器上，是无法通过一条指令完成读写操作，同样对于不对齐数据，
        一些体系结构也需要多条指令完成访问；

fuping0726

对，vloatile是给编译器看的，和硬件无关，其实多线程中全局变量的访问既要保证原子性，还可能对顺序性有要求（防止编译器乱序和cpu乱序，volatile两者都不保证），但有些情况下用简单全局变量如int存一个状态值作多线程同步应该是可以的，我想问的是这样的全局变量会被优化到寄存器吗？如果否的话代码就能写得好看一点，我不想在代码中加volatile相关的东西，有些结构嵌套的话要加很多

fuping0726

其实可以不扯volatile了，免得问题扩大化，最根本的问题：编译器是否保证全局变量每次都从内存中存取？

蔡万钊

fuping0726 发表于 2012-12-07 19:06
其实可以不扯volatile了，免得问题扩大化，最根本的问题：编译器是否保证全局变量每次都从内存中存取？

不能。问题的根源在 C/C++ 语言本身是假定单线程模型的。这个需要c++语言从标准上解决这个问题。

现在只能第一使用 volatile 确保编译器禁止寄存器优化。第二使用 barrier 保证执行次序。两者要同时使用才可以。