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 声明为 volatile.

时

为了测试这个断言，我编写了以下代码并针对 PowerPC、AMD64、ARMv6 和 68k 进行了编译：

#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，这种说法有什么道理吗？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++ 标准草案部分 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，x 将被评估两次，而不是这种情况：

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

和 b() 的 godbolt session shows:

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

和 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).

以及来自第 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

Answer 2

在抽象语义中，所有这三个表达式都做同样的事情。他们访问 x 来检索它的值，计算新值，然后将更新后的值存储回x。有一个访问和一个商店。（表达式也会产生一个值，该值将被丢弃）。

虽然 x = x + 1 提到 x 两次，但左侧 x 未被评估。也就是说，不完全：它的value没有计算出来。它仅在确定分配值的位置的范围内进行评估。

因此这里可能存在对位置的双重评估：左侧确定 x 的位置，右侧也是如此。但是确定位置并不涉及访问位置本身。

对于某些类型的表达式，确定位置确实涉及访问值。例如：

a[i] = a[i] + 1;

这与

完全不同

i = i + 1

因为 i 在这里只是一个辅助变量，必须知道其值才能确定 a[i] 的存储位置（并且 i 本身甚至不会递增） .如果i是volatile，那么a[i] = a[i] + 1中对它的两次抽象访问必然对应两次实际访问

在 C 中递增一个 volatile 变量

Incrementing a volatile variable in C

c

c++

volatile

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