O2优化后，程序freez了（变量的读取过程被优化，使用volatile可解决）

一、现象

先上源码：

#include <thread>
#include <iostream>
int main() {int a = 0;int flag = 0;std::thread t1([&]() {while (flag != 1);int b = a;std::cout << "b = " << b << std::endl;});std::thread t2([&]() {a = 5;flag = 1;});t1.join();t2.join();return 0;
}

-O0优化时，执行结果如下：

autosar@autosar-virtual-machine:~/test/study_C++$ g++ main.cpp -std=c++11 -pthread -O0 -g
autosar@autosar-virtual-machine:~/test/study_C++$ ./a.out
b = 5
autosar@autosar-virtual-machine:~/test/study_C++$

-O2优化时，执行结果如下：

autosar@autosar-virtual-machine:~/test/study_C++$ g++ main.cpp -std=c++11 -pthread -O2 -g
autosar@autosar-virtual-machine:~/test/study_C++$ ./a.out

二、解释

可以看到-O2优化之后，程序卡住不动了。gdb进去之后发现卡在了t1线程的while循环中。

反汇编之后，发现t1线程优化后，在while循环访问flag的时候，并不是每次都去内存里取flag的值，而是t1线程启动时从内存中读出一次flag的值到寄存器，然后每一次循环都把寄存器中的值拿出来与0x01比较。

(gdb) disass
Dump of assembler code for function std::thread::_Impl<std::_Bind_simple<main()::<lambda()>()> >::_M_run(void):
0x00000000004011d0 <+0>: mov 0x18(%rdi),%rax
0x00000000004011d4 <+4>: mov (%rax),%eax
0x00000000004011d6 <+6>: nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)
0x00000000004011e0 <+16>: cmp $0x1,%eax //这里直接读取eax寄存器，eax永远是0
0x00000000004011e3 <+19>: jne 0x4011e0 <std::thread::_Impl<std::_Bind_simple<main()::<lambda()>()> >::_M_run(void)+16> //这里跳转到+16行

然而在t2线程中，对flag赋值时，是向对应的内存地址写入1.

(gdb) disass
Dump of assembler code for function std::thread::_Impl<std::_Bind_simple<main()::<lambda()>()> >::_M_run(void):
0x0000000000401110 <+0>: mov 0x18(%rdi),%rax
0x0000000000401114 <+4>: movl $0x5,(%rax)
0x000000000040111a <+10>: mov 0x20(%rdi),%rax
0x000000000040111e <+14>: movl $0x1,(%rax) //向内存中写入0x01
0x0000000000401124 <+20>: retq
End of assembler dump.

所以t2线程对flag的修改无法影响到t1线程。

三、解决办法

给flag变量加入volatile修饰词之后，问题得到解决。

autosar@autosar-virtual-machine:~/test/study_C++$ g++ main.cpp -std=c++11 -pthread -O2 -g
autosar@autosar-virtual-machine:~/test/study_C++$ ./a.out
b = 5
autosar@autosar-virtual-machine:~/test/study_C++$

加入volatile之后的反汇编如下：

(gdb) disass
Dump of assembler code for function std::thread::_Impl<std::_Bind_simple<main()::<lambda()>()> >::_M_run(void):
0x00000000004011d0 <+0>: mov 0x18(%rdi),%rdx
0x00000000004011d4 <+4>: nopl 0x0(%rax)
0x00000000004011d8 <+8>: mov (%rdx),%eax
0x00000000004011da <+10>: cmp $0x1,%eax
0x00000000004011dd <+13>: jne 0x4011d8 <std::thread::_Impl<std::_Bind_simple<main()::<lambda()>()> >::_M_run(void)+8> //跳转到+8行，即每次while都会从内存读取flag

可以看到，每一次while循环都会跳转到+8行，从内存读出flag值存到寄存器中。

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