-O3循环增量优化

Question

我有一段代码：

#include <iostream>
#include <thread>

long int global_variable;

struct process{
    long int loop_times_ = 0;
    bool op_;
    process(long int loop_times, bool op): loop_times_(loop_times), op_(op){}

    void run(){
        for(long int i=0; i<loop_times_; i++)
            if (op_) global_variable+=1;
            else global_variable-=1;
    }

};

int main(){
    struct process p1(10000000, true);
    struct process p2(10000000, false);

    std::thread t1(&process::run, p1);
    std::thread t2(&process::run, p2);
    t1.join();
    t2.join();

    std::cout <<global_variable<< std::endl;
    return 0;
}

Main函数触发两个线程，增加和减少一个全局变量。如果我用以下方式编译：

 g++ -std=c++11 -o main main.cpp -lpthread

每次执行都会得到不同的输出。但是，如果我添加-O3并使用以下内容进行编译：

g++ -O3 -std=c++11 -o main main.cpp -lpthread

每次输出都是零。

这里发生了什么样的优化，消除了我的关键部分，我如何才能欺骗编译器而不对其进行优化？

编辑: OS: Ubuntu16.04.4，g++：5.4.0

Answer 1

很可能您的run方法正在被优化为相当于：

 void run(){
      if (op_) global_variable += loop_times_;
            else global_variable -= loop_times_;

这是编译器可以很容易地用可用的信息做的事情。

要欺骗编译器，您必须确保循环不会在每次迭代中添加或减去1，而不会产生其他副作用。

尝试在循环中添加一个函数调用，这只会在名为totalIterationsDone的对象上增加一个简单的计数器，或者类似的。这可能会迫使编译器实际执行循环。将循环变量作为参数传递也可能迫使它跟踪i的中间值。

struct process{
    long int loop_times_ = 0;
    bool op_;
    long int _iterationsDone = 0;
    process(long int loop_times, bool op): loop_times_(loop_times), op_(op){}

    void run(){
        for(long int i=0; i<loop_times_; i++){
            if (op_) global_variable+=1;
            else global_variable-=1;
            Trick(i);
        }
    }

    void Trick(int i){
       _iterationsDone += 1;
    }    
};

Answer 2

您的程序有未定义的行为，以数据竞赛的形式出现。两个线程在没有同步的情况下访问一个变量是一种数据竞争，因此没有定义。

删除数据竞争的最简单方法是使global_variable成为原子化的：

std::atomice<long int> global_variable;

代码的其余部分不需要做进一步的更改。