c++ - “之前强烈地发生过”是什么意思？

Question

在 C++ 草案标准中多次使用短语“强烈发生在之前”。

例如：终止 [basic.start.term]/5

如果具有静态存储持续时间的对象的初始化完成强烈发生在调用 std​::​atexit 之前（参见 [support.start.term]），则对函数的调用传递给 std​::​atexit在调用对象的析构函数之前排序。如果对 std​::​atexit 的调用强烈发生在具有静态存储持续时间的对象的初始化完成之前，则对对象的析构函数的调用在调用传递给 std​::​atexit 的函数之前排序. 如果对 std​::​atexit 的调用强烈发生在对 std​::​atexit 的另一次调用之前，则对传递给第二个 std​::​atexit 调用的函数的调用在传递给第一个 std​::​atexit 调用。

并在 数据竞赛 [intro.races]/12中定义

评估 A 强烈地发生在评估 D 之前，如果，

(12.1) A 在 D 之前排序，或

(12.2) A 与 D 同步，A 和 D 都是顺序一致的原子操作（[atomics.order]），或

(12.3) 有评估 B 和 C 使得 A 在 B 之前排序，B 只是在 C 之前发生，C 在 D 之前排序，或者

(12.4) 有一个求值 B 使得 A 强烈地发生在 B 之前，而 B 强烈地发生在 D 之前。

[注：非正式地，如果 A 强烈地发生在 B 之前，那么在所有情况下 A 似乎在 B 之前被评估。强烈发生在排除消费操作之前。——尾注]

为什么要引入“之前发生的强烈事件”？直观地说，它与“发生在之前”有什么区别和关系？

注释中的“A 似乎在所有情况下都在 B 之前被评估”是什么意思？

（注意：这个问题的动机是 Peter Cordes 在这个答案下的评论。）

附加标准报价草案（感谢 Peter Cordes）

顺序和一致性 [atomics.order]/4

在所有 memory_order​::​seq_cst 操作（包括栅栏）上都有一个总顺序 S，它满足以下约束。首先，如果 A 和 B 是 memory_order​::​seq_cst 操作，并且 A 强烈地发生在 B 之前，那么 A 在 S 中先于 B。其次，对于对象 M 上的每一对原子操作 A 和 B，其中 A 是连贯有序的在B之前，S需要满足以下四个条件：

(4.1) 如果 A 和 B 都是 memory_order​::​seq_cst 操作，则 A 在 S 中先于 B；和

(4.2) 如果 A 是 memory_order​::​seq_cst 操作且 B 发生在 memory_order​::​seq_cst 围栏 Y 之前，则 A 在 S 中先于 Y；和

(4.3) 如果 memory_order​::​seq_cst 栅栏 X 发生在 A 之前且 B 是 memory_order​::​seq_cst 操作，则 X 在 S 中先于 B；和

(4.4) 如果 memory_order​::​seq_cst 栅栏 X 发生在 A 之前，B 发生在 memory_order​::​seq_cst 栅栏 Y 之前，则 X 在 S 中位于 Y 之前。

Answer 1

为什么要引入“之前发生的强烈事件”？直观地说，它与“发生在之前”有什么区别和关系？

为“之前发生”做好准备！看看这个 cppref 的当前快照 https://en.cppreference.com/w/cpp/atomic/memory_order

似乎在 C++20 中添加了“之前发生”。

只是发生在之前

无论线程如何，如果以下任何一项为真，则评估 A 只会发生在评估 B 之前：

1. A 在 B 之前排序

2. A 与 B 同步

3. A 简单地发生在 X 之前，而 X 简单地发生在 B 之前

注意：没有消费操作，简单的happens-before和happens-before关系是相同的。

所以 Simply-HB 和 HB 是相同的，除了它们如何处理消费操作。见 HB

发生之前

无论线程如何，如果以下任何一项为真，则评估 A 发生在评估 B 之前：

1. A 在 B 之前排序

2. 线程间发生在 B 之前

需要实现以确保发生之前的关系是非循环的，必要时通过引入额外的同步（只有在涉及消费操作时才需要，参见 Batty 等人）

他们在消费方面有何不同？请参阅线程间 HB

线程间发生之前

在线程之间，如果以下任何一项为真，则评估 A 线程间发生在评估 B 之前

1. A 与 B 同步

2. A 在 B 之前是依赖排序的

3. ...

...

依赖顺序的操作（即使用释放/使用）是 HB，但不一定是 Simply-HB。

消费比获取更轻松，所以如果我理解正确的话，HB 比 Simply-HB 更轻松。

强烈发生之前

无论线程如何，如果以下任何一项为真，则评估 A 强烈发生在评估 B 之前：

1. A 在 B 之前排序

2. A 与 B 同步，A 和 B 都是顺序一致的原子操作

3. A 在 X 之前排序，X 只是在 Y 之前发生，Y 在 B 之前排序

4. A 强烈发生在 X 之前，并且 X 强烈发生在 B 之前

注意：非正式地，如果 A 强烈地发生在 B 之前，那么在所有情况下 A 似乎在 B 之前被评估。

注意：强烈发生之前不包括消费操作。

所以释放/消费操作不能是Strongly-HB。

Release/acquire 可以是 HB 和 Simply-HB（因为 release/acquire 同步）但不一定是 Strongly-HB。因为 Strongly-HB 明确表示 A 必须与 B 同步并且是顺序一致的操作。

发生之前有保证吗？

	乙肝	简单-HB	强-HB
轻松	不	不	不
释放/消费	是的	不	不
释放/获取	是的	是的	不
SC	是的	是的	是的

注释中的“A 似乎在所有情况下都在 B 之前被评估”是什么意思？

所有上下文：所有线程/所有 CPU 看到（或“最终会同意”）相同的顺序。这是顺序一致性的保证——所有变量的全局总修改顺序。获取/释放链仅保证参与链的线程的感知修改顺序。理论上允许链外的线程看到不同的顺序。

我不知道为什么要引入 Strongly-HB 和 Simply-HB。也许有助于澄清如何围绕消费进行操作？Strongly-HB 有一个很好的特性——如果一个线程在 B 之前强烈地观察到 A，它知道所有线程都会观察到相同的事情。

消费历史：

Paul E. McKenney 负责使用 C 和 C++ 标准。消费保证指针分配和它指向的内存之间的顺序。它是因为 DEC Alpha 而发明的。DEC Alpha 可以推测性地取消引用指针，因此它也有一个内存栅栏来防止这种情况。DEC Alpha 不再生产，今天没有处理器具有这种行为。消费的目的是很放松。