我编写了一个简单的多线程程序，如下所示：
static bool finished = false;
int func()
{
size_t i = 0;
while (!finished)
++i;
return i;
}
int main()
{
auto result=std::async(std::launch::async, func);
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
finished=true;
std::cout<<"result ="<<result.get();
std::cout<<"\nmain thread id="<<std::this_thread::get_id()<<std::endl;
}
在Visual Studio的调试模式或者gcc中的-O0模式下，程序运行正常，并会在1秒后输出结果。但在Release模式或者-O1 -O2 -O3模式下，程序停滞不前，无法输出任何信息。
两个线程访问一个非原子的、未受保护的变量会导致未定义行为（U.B.），这涉及到finished。你可以将finished的类型更改为std::atomic<bool>来解决这个问题。
我的修复：
#include <iostream>
#include <future>
#include <atomic>
static std::atomic<bool> finished = false;
int func()
{
size_t i = 0;
while (!finished)
++i;
return i;
}
int main()
{
auto result=std::async(std::launch::async, func);
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
finished=true;
std::cout<<"result ="<<result.get();
std::cout<<"\nmain thread id="<<std::this_thread::get_id()<<std::endl;
}
输出：
result =1023045342
main thread id=140147660588864
有人可能会认为：“这是一个bool——可能只有一位。这怎么可能不是原子的?”（当我开始使用多线程编程时，我也有这样的想法。）
但请注意，缺少撕裂并不是std::atomic提供给你的唯一东西。它还可以使来自多个线程的并发读写访问行为定义良好，阻止编译器假设重新读取变量将总是看到相同的值。
将bool设置为非保护、非原子可能会导致其他问题：
memory_order_relaxed存储/加载的atomic<bool>将工作，但使用volatile则不会。为此使用易失性将是未定义的行为，即使它在实际的C++实现中确实有效。）为了防止这种情况发生，必须明确告诉编译器不要这样做。
对于与此问题潜在关联的volatile讨论的演变，我有点惊讶。因此，我想说几句：
func()，便想：“我可以优化掉它”。 优化器完全不关心线程，会检测到无限循环，并将其转换为“while(True)”。如果我们看一下https://godbolt.org/z/Tl44iN，就会发现这一点。如果 finished 是True，则返回。如果不是，则跳到标签.L5处（一个无限循环）。 - Baldrickkvolatile的理由，因为您可以使用atomic<T>和std::memory_order_relaxed获得相同的汇编代码。但是，在实际硬件上确实有效：缓存是一致的，因此一条加载指令不能在另一个核心上的存储提交到缓存后继续读取过时的值。(MESI) - Peter Cordesvolatile 仍然是未定义行为。你真的不应该假设某些明显的未定义行为是安全的，仅仅因为你无法想出它会出错的方式，并且当你尝试过时它起作用。这已经让人们一次又一次地受到伤害了。 - David Schwartzfinished变量保护起来，编译器就不允许优化读操作，这样就不需要使用volatile或者atomic了。实际上，你可以用一个“简单”的值+互斥锁的方案替换所有的原子操作；它仍然能够正常工作，但速度会慢一些。atomic<T>允许使用内部互斥锁；只有atomic_flag保证是无锁的。 - ErlkoenigScheff的答案描述了如何修复您的代码。我想补充一些关于这种情况实际发生的信息。
我在godbolt上使用优化级别1（-O1）编译了您的代码。您的函数编译如下：
func():
cmp BYTE PTR finished[rip], 0
jne .L4
.L5:
jmp .L5
.L4:
mov eax, 0
ret
那么，这里正在发生什么事情呢？
首先，我们进行了一次比较：cmp BYTE PTR finished[rip], 0 - 这检查finished是否为false。
如果它不是false（也就是true），我们应该在第一次运行时退出循环。这通过 jne .L4 实现，它会跳转到标签.L4，其中寄存器中存储有i的值(0)以便以后使用，并且函数返回。
如果它确实为false，我们继续执行
.L5:
jmp .L5
这是一个无条件跳转到标签.L5的指令，而该标签恰好就是跳转命令本身。
换句话说，线程被放入了一个无限忙碌的循环中。
那么为什么会发生这种情况呢？
对于优化器来说，线程不在其范围之内。它假定其他线程不会同时读取或写入变量（因为这将是数据竞争UB）。您需要告诉它不能优化访问方式。这就是 Scheff 的答案所在。我不再重复。
由于优化器没有被告知finished变量在函数执行期间可能会发生变化，因此它认为finished没有被函数本身修改并且假定它是常量。
优化后的代码提供了两个代码路径，这将导致使用恒定的bool值进入函数; 要么它无限运行循环，要么就根本没有运行循环。
在-O0下编译器（如预期的那样）没有将循环体和比较优化掉：
func():
push rbp
mov rbp, rsp
mov QWORD PTR [rbp-8], 0
.L148:
movzx eax, BYTE PTR finished[rip]
test al, al
jne .L147
add QWORD PTR [rbp-8], 1
jmp .L148
.L147:
mov rax, QWORD PTR [rbp-8]
pop rbp
ret
if (cond) foo=1; 不能转换为类似于 foo = cond ? 1 : foo; 的汇编代码，因为该加载+存储（不是原子 RMW）可能会覆盖另一个线程的写入。编译器已经避免这样的情况，因为它们希望对编写多线程程序有用，但是C++11正式要求编译器不得破坏其中两个线程写入a[1]和a[2]的代码。 - Peter Cordes为了学习的完整性，你应该避免使用全局变量。不过，你做得很好，通过将其设置为静态变量，使其仅限于翻译单元。
以下是一个示例：
class ST {
public:
int func()
{
size_t i = 0;
while (!finished)
++i;
return i;
}
void setFinished(bool val)
{
finished = val;
}
private:
std::atomic<bool> finished = false;
};
int main()
{
ST st;
auto result=std::async(std::launch::async, &ST::func, std::ref(st));
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
st.setFinished(true);
std::cout<<"result ="<<result.get();
std::cout<<"\nmain thread id="<<std::this_thread::get_id()<<std::endl;
}
在 wandbox 上实时运行
finished 声明为 static。它仍然只会被初始化一次，如果它被初始化为一个常量，这不需要锁定。 - Davislorfinished也可以使用更便宜的std::memory_order_relaxed加载和存储；在任何线程中，与其他变量相比，没有所需的排序。虽然我不确定@Davislor的“static”建议是否合理;如果您有多个旋转计数线程，则不一定希望使用相同的标志停止它们所有。您确实希望以仅初始化的方式编写finished的初始化，而不是原子存储。 （就像您正在使用的finished = false;默认初始化程序C++17语法。 https://godbolt.org/z/EjoKgq）。 - Peter Cordes