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c++ - 与位域相邻的变量会损坏吗？

coder 2023-06-22 原文

我面临的问题与 Linux 内核社区所描述的问题非常相似 - Betrayed by a Bit-Field

问题的本质是 GCC 发出 64 位读取访问甚至访问 1 位位域。这会导致读取相邻字段的意外副作用，这些副作用可以在程序的其他地方修改。当修改后的位域值被写回时，相邻变量的旧值也会被写回，从而丢失其他线程对其所做的任何修改。

我的问题略有不同。我有一个这样的类/结构-

class Group {

    uint8 adjVariable;
    volatile bool  flag1: 1;
    volatile bool  flag2: 1;
    // so on...
    volatile bool  flag10: 1;
};

访问这些变量的方式是——

Group::fun() {
    Group_Scoped_lock();
    // adjVariable was 12 here.
    if ( adjVariable > 0 ) {
        adjVariable = 0; // <------- EXPLICIT ZERO ASSIGNMENT
    }
    // some code that doesn't affect adjVariable 
    bool1 = false;
    bool2 = false;
    bool3 = false;
    assert( adjVariable == 0 ); // <---- This assert is tripping stating that adjVariable is 12!!
}

在我们怀疑 GCC 存在“错误”之前，我验证了是否 adjVariable在没有 Group_lock() 的情况下被访问别处。尽我所能，我看不到代码中发生这种情况的任何地方。

现在，由于编译器对位域发出 64 位读取并且它们是易变的，如果它向 adjVariable 发出读取会怎样？作为阅读的一部分，以及 adjVariable 的显式零分配仍在缓存中，因此我们读取了 adjVariable 的旧值 12| ？这个新读取的值会覆盖显式设置的值吗？因此我们正在跳闸 assert ？如果是这样，我该如何验证？

在文章中，他们正在讨论丢失对其他线程中完成的相邻变量的更新，但在我的问题中，我怀疑我们正在丢失对 adjVariable 的更新。由于从内存中读取，因此在相同 线程中完成。这可能吗？

我们使用的是古老的 g++ 编译器，它在同样较旧的 Fedora release 12 虚拟机上仅兼容 C++98。此外，我们只在运行了 6 个月的代码库中遇到过这个问题

最佳答案

如果 adjVariable 未从任何其他并发线程访问，那么它几乎可以保证在断言点为 0。

虽然所有的 bool 都是一个内存位置并且它们之间确实会产生一些奇怪的行为，但是 adjVariable 是一个单独的内存位置并且编译器必须确保它的所有加载和存储似乎都以符合源代码的明确定义的顺序发生。

如果编译器为位字段发出 64 位写入，那么它必须通过将位字段对齐到 8 字节来保护相邻的内存位置(例如， 之间应该有 7 字节的填充) adjVariable 和 flag1)。不过，我不明白 64 位 reads 会如何影响正确性。

虽然 内存位置 的概念只适用于 C++11 及更高版本，但逻辑仍然适用于 C++98:adjVariable 的唯一方法不是在断言中为零应该是另一个线程写入 adjVariable。

关于c++ - 与位域相邻的变量会损坏吗？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/44993317/

相邻ampcodeadjVariablesectionc++linuxmultithreadinggcc

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