關於C 執行順序帶來的一些潛在問題

前言

編寫程式的時候，人們的直觀感覺通常認為，程式的執行順序是按照語句的順序進行的。然而，許多程式語言的規範是允許實際執行順序與語句編寫順序不符的。實際上，編譯器為了完成某種優化，常常會對一些操作進行適當的順序調整，導致一些預料之外的現象。

實驗現象

首先，通過乙個例子來展示這個現象。在乙個c# .net core 3.1命令列程式中，定義兩個全域性變數a和b，**程1中，依次對b和a進行遞增。這樣，在任何時刻b應當等於a或a+1。

static int a = 0;

static int b = 0;

static void thread1()

}**程2中，先讀取a的值，然後執行一些其他操作程式設計客棧，再讀取b的值。如果語句一定是按順序執行的，那麼讀取到的b的值應當比讀取到的a的值更新，從而b必然大於或等於a（除非b發生了溢位）。編寫程式，當b < a時輸出它們的值。

static int c = 0;

static void程式設計客棧 thread2()

b=");}}

}再編寫主程式，啟動上述的兩個執行緒。

static void main(string args)

使用debug配置，編譯並執行該程式，命令列是沒有輸出的，符合我們的預期。但是使用release配置的話，就會出現大量輸出，其中a的值比b大1到5不等。

檢視反彙編可以看到，在第1個c += b語句處，程式將b的值放到了暫存器中，而後面的語句均使用了該暫存器內存放的值。所以，編譯器實際上將對b的讀取操作合併並且前置了。以下為反彙編結果片段。

00007ffb628a394d mov rcx,7ffb6292fbd0h

00007ffb628a3957 mov edx,1

00007ffb628a395c call 00007ffbc2387b10

00007ffb628a3961 mov esi,dword ptr [7ffb6292fc08h]

00007ffb628a3967 mov ecx,esi

00007ffb628a3969 add ecx,dword ptr [7ffb6292fc0ch]

00007ffb628a396f mov dword ptr [7ffb6292fc0ch],ecx

var locala = a;

00007ffb628a3975 mov edi,dword ptr [7ffb6292fc04h]

c += b;

00007ffb628a397b add ecx,esi

c += b;

00007ffb628a397d mov dword ptr [7ffb6292fc0ch],ecx

程式設計客棧 if (locala > localb)

00007ffb628a3983 cmp edi,esi

00007ffb628a3985 jle 00007ffb628a394d

理論分析

在c#語言標準的basic concepts一章execution order一節（參見：basic concepts – c# language specification）中，提到了c#的執行順序規範。c#程式的***在以下關鍵點處的順序是被保留的：

c#程式的執行順序在滿足以下條件的情況下，可以由執行環境任意調整的：

而上述的***包括：

由此可以推出，c#程式中對非volatile變數的讀取順序可能會被調整。在只有乙個執行緒對該變數進行操作時，這個順序的調整是保證不會影響結果的；但如果同時有其他的執行緒正在對變數進行修改，則讀取的順序是無法確定的。

因此，如果有多個執行緒同時訪問的，對值的實時性有要求的變數，應當設定為volatile變數。將上述實驗中的靜態變數a和b改為volatile變數後，即使是release配置下，也不會出現命令列的輸出，即兩個變數的讀取順序符合原始的語句順序。

結論在c#程式中，讀取非volatile變數的順序可能被執行環境任意調整。如果某個變數在被讀取的時候會被其他執行緒寫入，為了該讀取結果的實時性，應vbvcddr當將該變數設定為volatile變數。

總結