C标准中函数指针变量是否具备原子性与线程安全性？

问题：C标准中函数指针是否具备原子性？作为函数指针的变量是否具备线程安全性？这里的线程安全性指变量的值始终是确定的合法值（即某一时刻赋值的现有函数地址）。我认为对该变量的赋值与读取操作都是单条汇编指令，基于此应该是安全的，对吗？注：针对单核心CPU。

示例代码 #

Test.h

typedef int fn_t (int a);

void set_a(fn_t * fn);

void do_something(void);

Test.c

static fn_t * a;

void set_a(fn_t * fn){
    a = fn;
}

void do_something(void){

    if (a != NULL && a(1) == 0){
        printf(" Happend \n");
    }

    printf("Doing something else \n");
}

核心结论与分析 #

1. C标准层面的原子性定义
   C标准（包括C11及以后版本）没有将普通函数指针的赋值/读取操作列为原子操作。原子操作的规范仅在<stdatomic.h>中定义，只有显式声明为_Atomic类型的变量，其指定操作才会被标准保证为原子的。普通函数指针变量的读写属于普通内存操作，标准不保证其原子性，也不保证线程安全。

2. 单核心CPU下的实际行为
   在单核心CPU架构中，线程通过时间片轮转切换执行——同一时刻只有一个线程在运行，指令不会被中途打断。对于大多数常见架构（如x86、ARM），函数指针的大小等于CPU的字长（32位系统为4字节，64位为8字节），这类指针的赋值/读取通常会被编译为单条汇编指令（比如x86的mov指令）。这种情况下，确实不会出现“部分写入”的情况：读取操作要么拿到完整的旧值，要么拿到完整的新值，不会读到半更新的非法地址。

但要注意：这是特定硬件和编译器的实现细节，不是C标准的保证。如果换用一些特殊架构（比如指针长度超过CPU字长的罕见平台），指针读写可能会拆分为多条指令，此时即使单核心也可能出现中间状态。

3. 示例代码的潜在问题
   即使单核心下指针读写是原子的，你的示例代码仍然存在线程安全隐患：
   在do_something()的if (a != NULL && a(1) == 0)判断中，a != NULL的检查和a(1)的调用是两个独立的操作。假设线程1执行完a != NULL（此时a非空），然后时间片切换到线程2，线程2调用set_a(NULL)将a置空，接着切回线程1执行a(1)，此时就会触发空指针调用，导致程序崩溃。

这种问题属于竞态条件，和指针读写的原子性无关，需要通过同步机制（比如互斥锁pthread_mutex_t）来保护对a的访问和调用序列。

总结 #

• 若依赖C标准的可移植性，必须显式使用_Atomic修饰函数指针，或用同步机制保护读写；
• 单核心CPU的常见架构下，普通函数指针读写通常是原子的，但这是实现细节，不能作为可移植代码的依据；
• 示例代码的逻辑需要额外同步，否则即使原子读写也会出现竞态问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Socialist2