C++ Memory Model: from C++11 to C++23

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档讨论了C++11到C++23内存模型的演变，涵盖了内存模型的核心概念和相关工具。重点介绍了同步工具如静态变量初始化和std::call_once的应用，探讨了重排序的规则及其对编译器和处理器的影响，并详细说明了as-if规则在内存访问中的作用。同时，文档指出volatile的多数用法在C++20后已被弃用，并分析了其对内存访问的影响。

AI总结

以下是对文档内容的中文总结：

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### 《C++ 内存模型：从 C++11 到 C++23》总结

#### 1. **同步工具**
- **静态变量初始化**：从 C++11 开始，静态变量的初始化是“magic”（即线程安全，按sequenced-before规则）。
- **`std::call_once` 和 `std::once_flag`**：用于确保某段代码只执行一次，避免重复操作。

#### 2. **内存模型与重新排序**
- C++ 的内存模型较为复杂，允许编译器和处理器在以下条件下重新排序内存访问：
- **数据依赖性**：必须遵守数据依赖关系。
- **C++ 编译器**：根据“as-if”规则，可能会重新排序内存访问。
- **处理器**：不同处理器有不同的重排序保证。
- 这种重新排序可能导致代码在不同处理器上的行为差异。

#### 3. **AS-IF 规则**
- **定义**：编译器可以按照“as-if”规则优化代码，只要结果与原始代码的语义一致。
- **volatile 对象的特殊性**：对 `volatile` 对象的访问必须严格按照表达式语义顺序执行，不会与同一线程上的其他 `volatile` 访问重排序。但处理器仍可能进行重排序。

#### 4. **volatile 的变化**
- **C++20 后的变化**：`volatile` 的大多数用途已被弃用，主要原因包括：
- **不可 预测性**：如 `+=` 和 `++` 是否为原子操作，`compare_exchange` 的读写次数等问题。
- **无效用法**：例如 `volatile` 修饰函数参数或返回类型（如 `foo(int volatile n)` 和 `int volatile foo()`）是无意义的。

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总结：文档主要探讨了从 C++11 到 C++23 的内存模型演变，重点分析了同步工具、内存重新排序、`volatile` 的语义及其在 C++20 后的弃用。内容涵盖了内存模型的核心规则和语言特性变化，帮助开发者更好地理解和使用现代 C++ 内存模型。