指针指向非易失性对象的指针行为的要求

C11 6.7.3类型限定词,第7段,内容如下:

具有volatile限定类型的对象可能以实现未知的方式进行修改,或者具有其他未知的副作用。 因此,任何涉及这种对象的表达都应严格按照抽象机的规则进行评估,如5.1.2.3所述。

在以下示例中,第三行中访问的对象是否受上述规则约束?

int x; volatile int *p = &x; *p = 42; 

换句话说,lvalue *p具有类型volatile int的事实是否意味着正在访问volatile对象,或者p指向非易失性对象x的事实意味着编译器可以使用此知识进行优化并省略不稳定的访问?

由于它可能是有意义的,我感兴趣的特定用例不在普通C的范围内; 它涉及使用pre-C11结构(可以是内联asm或简称为黑盒子)进行线程同步的primefaces,用于primefaces比较和交换,具有以下习语:

 do { tmp = *p; new = f(tmp); } while (atomic_cas(p, tmp, new) != success); 

这里指针p类型为volatile int * ,但是我关注当实际指向的对象是非易失性时会发生什么,特别是编译器是否可以*p tmp = *p的单个访问转换为两个访问以下forms:

 do { new = f(*p); } while (atomic_cas(p, *p, new) != success); 

这显然会导致代码不正确。 因此,目标是确定所有这样的指向对象是否实际上需要是volatile int

2017年2月18日更新

下面的答案引用并讨论了标准中的语言,基本原理中的一些矛盾语言和gnu.cc中的一些评论是矛盾。 有一个缺陷报告基本上有标准应该说的委员会协议(虽然仍然是开放的),并且意图一直是,并且实施总是反映出,重要的是不是对象的波动性(根据标准)但是(访问的左值)的波动性(根据基本原理)。 ( 感谢奥拉夫提到这个DR。)

C11版本1.10的缺陷报告摘要日期:2016年4月DR 476左值的易失性语义 04/2016打开


不。因为访问的对象不易变。

对象p是指向volatile int的类型指针。 但是x不是volatile限定类型的对象。 p上的资格会影响通过它进行的访问,但不会影响它指向的对象的类型。 通过volatile左值访问非限定类型对象没有限制。 因此,通过p访问x不是对volatile属性类型的对象的访问。

(有关访问限定类型对象的限制,请参见6.7.3类型限定符。它只是说您无法通过不合格的左值访问volatile限定对象。)

另一方面, 这篇文章引用了国际标准的基本原理6.7.3 – 编程语言 – C:

将值转换为限定类型无效; 资格(volatile,比如说)可能对访问没有影响,因为它已经发生在案例之前。 如果需要使用volatile语义访问非易失性对象,则该技术是将对象的地址强制转换为适当的指向限定类型​​的类型,然后取消引用该指针。

但是,我无法在标准中找到语言,即语义基于左值类型。 来自gnu.org :

混淆的一个方面是使用volatile类型定义的对象与volatile lvalues之间的区别。 从C标准的角度来看,使用volatile类型定义的对象具有外部可见行为。 您可以将这些对象视为附加了很少的示波器探针,以便用户可以观察到对它们的一些访问属性,就像用户可以观察写入输出文件的数据一样。 但是,该标准并未明确用户是否可以观察易失性左值对普通对象的访问。

[…]从标准中不清楚,如果基础对象是普通的,则挥发性左值一般比非易失性左值提供更多保证。

不,因为没有副作用:

即使*p的语义必须是volatile的语义,标准仍然说:

5.1.2.3程序执行4在抽象机器中,所有表达式都按语义指定的方式进行计算。 实际实现不需要评估表达式的一部分,如果它可以推断出它的值未被使用并且不产生所需的副作用(包括由调用函数或访问易失性对象引起的任何副作用)。

同样,代码中没有volatile对象。 虽然只能看到p的编译单元无法进行优化。

还要记住

6.7.3类型限定符7 […]对具有volatile限定类型的对象的访问构成是实现定义的。

5.1.2.3程序执行8每个实现都可以定义抽象语义和实际语义之间更严格的对应关系。

因此,仅仅出现挥发性左值不会告诉你有什么“访问”。 除了记录的实现行为之外,您无权谈论“从tmp = *p单独访问tmp = *p ”。

不完全确定,但我认为关键是对象的类型与对象定义的类型之间的区别。

从C11(n1570)6.3.2.1 p1(脚注省略,emph.mine):

左值是一个表达式(对象类型不是void )可能指定一个对象; 如果左值在评估时未指定对象,则行为未定义。 当一个对象被称为具有特定类型时,该类型由用于指定该对象的左值指定。 […]

它是左值,它定义了对象对特定访问的类型。 相反, *p不表示定义为 volatile的对象。 例如,同上。 6.7.3 p6(emph.mine)读

[…]如果尝试通过使用具有非volatile限定类型的左值来引用使用volatile限定类型定义的对象,则行为未定义。 133)

133)这适用于那些行为就好像用限定类型定义的对象,即使它们实际上从未被定义为程序中的对象(例如内存映射输入/输出地址处的对象)。

如果意图是允许显示的代码被优化,那么问题中的引用可能会读取一个对象 具有 [定义为]波动限定类型可能会被修改[…]

标识符*的 “定义”在6.7第5段中定义。

同上。 6.7.3 p7( 什么构成对具有volatile限定类型的对象的访问权限是实现定义的。 )为实现者提供了一些余地,但对我来说,意图似乎是修改由表示的对象的副作用n应该被认为是符合要求的实施可观察到的。

*) Afaik标准没有在任何地方定义“用(某种类型)定义的对象”,所以我把它读作“一个对象,由一个定义的(某种类型)声明的标识符指定”。