c - 编译器如何知道不要将临界区内的代码移动到临界区外？

Question

根据我的理解:

• 编译器可以对我的代码进行任何它想要的重新排序。

• 临界区内的代码不会被移到临界区外。

现在假设我有以下代码:

printf("Hi");

EnterCriticalSection(&CriticalSection);
printf("Inside the critical section");
printf("Also inside the critical section");
LeaveCriticalSection(&CriticalSection);

printf("Bye");

现在，编译器会实际查找函数 EnterCriticalSection() 和 LeaveCriticalSection() 而不是将它们内部的代码移到外部吗？

Answer 1

A compiler can do whatever re-ordering it wants to my code.

这是不正确的。编译器是有限的。

The code inside a critical section will not be moved to the outside of the critical section.

这也是不正确的，具体取决于关键部分内部/外部的代码。

优化和约束

编译器对函数中的每一段代码都有一堆约束。这些约束可能是输入和输出(除非先执行 X，否则无法执行 Y)或更一般的语句，如“这会影响某处的内存内容”。编译器在编译您的代码时将保留这些约束。如果编译器不知道函数的作用，它将使用最严格的一组约束。

一般来说，这意味着编译器不会翻转两个函数调用的顺序¹。

f(); // Maybe affects memory somewhere.
g(); // Maybe affects memory somewhere.

这也意味着通常，如果您访问内存，这些内存访问必须相对于函数调用进行排序。

void myfunc(X *ptr) {
    my_lock(ptr->mutex);   // Maybe affects memory somewhere.
    ptr->field++;          // Definitely affects memory at ptr->field.
    my_unlock(ptr->mutex); // Maybe affects memory somewhere.
}

但是，它可以从关键部分重新排序:

int i = 5;
my_lock();   // Maybe affects memory somewhere.
i++;         // This is not "memory somewhere", this is my variable,
             // it's a register or on the stack and nobody else can
             // change it.
my_unlock(); // Maybe affects memory somewhere.

因此它可以将其重新排序为:

int i = 6;
my_lock();
my_unlock();

上面的代码可以重新排序，因为编译器对谁可以修改i有特殊的了解。如果你在其他地方有一些特殊的代码，它在堆栈中向上移动，试图创建一个指向 i 的指针，即使 &i 从未出现在你的程序中，你就是在违约与编译器(也就是你的程序有未定义的行为)。

我希望这能澄清一些事情。

脚注

¹:您可以添加像 __declspec(noalias) 这样的注释来改变这个规则，LTO/whole-program-optimization/interprocedural optimization 也可以改变事情。