c++ - 在 C 中递增一个 volatile 变量

Question

考虑以下三个表达式:

++x;
x += 1;
x = x + 1;

据我所知，它们在语义上是相同的，忽略了 C++ 中的运算符重载。然而，今天我读到一个断言它们是不同的，特别是当 x 被声明为 volatile 时。

为了测试这个断言，我编写了以下代码并为 PowerPC、AMD64、ARMv6 和 68k 编译了它:

#include <stdint.h>

static volatile uint64_t x = 0;

void a(void)
{
    ++x;
}

void b(void)
{
    x += 1;
}

void c(void)
{
    x = x + 1;
}

在所有这四个平台上，这三个函数产生相同的汇编程序输出，无论是在 -O1 还是 -O3。在 AMD64 上，这只是两条指令:

incq    _x(%rip)
retq

因此， 这个说法背后有什么道理吗？如果是这样，有什么区别，我该如何公开它？

注意:我完全清楚 volatile 不能保证原子性。这不是我在这里要问的 - 除非原子性本身是三者之间的不同之处。

Answer 1

来自 C++ 标准草案 5.3.2 [expr.pre.incr] 说:

If x is not of type bool, the expression ++x is equivalent to x+=1

和 5.17 [expr.ass] 说:

The behavior of an expression of the form E1 op = E2 is equivalent to E1 = E1 op E2 except that E1 is evaluated only once.

所以 ++x 和 x += 1 是等价的。

现在 x += 1 与 x = x + 1 不同的一种情况是 E1 只计算一次。在这种特殊情况下，这无关紧要，但我们可以想出一个情况:

#include <stdint.h>

volatile uint64_t x = 0;
volatile uint64_t y[2] = {0} ;

void c(void)
{
   y[x] = y[x] + 1;
}

在这种情况下，与这种情况相反，x 将被计算两次:

void b(void)
{
   y[x] += 1;
}

和一个godbolt session shows对于 b():

b():                                  # @b()
movq    x(%rip), %rax
incq    y(,%rax,8)
retq

对于c():

c():                                  # @c()
movq    x(%rip), %rax
movq    y(,%rax,8), %rax
incq    %rax
movq    x(%rip), %rcx
movq    %rax, y(,%rcx,8)
retq

据我所知，这也适用于 C11。来自 C11 部分 6.5.3.1 前缀递增和递减运算符:

The expression ++E is equivalent to (E+=1).

来自 6.5.16.2 部分的复合赋值:

Acompound assignment of the form E1 op= E2 is equivalent to the simple assignment expression E1 = E1 op (E2), except that the lvalue E1 is evaluated only once