volatile与_Atomic语义结合的疑问：原子RMW操作的实现保障

基础语义背景 #

在C语言中，_Atomic并不隐含volatile语义——原子对象上的操作不属于编译器必须保留的可观察副作用。因此像下面的代码：

void f(_Atomic int* x) {
    atomic_fetch_add_explicit(x, 0, memory_order_relaxed);
}

编译器有权将其优化为空操作，其中Clang会执行该优化，而GCC与MSVC不会。

volatile _Atomic的行为分歧 #

按预期，组合volatile与_Atomic限定符应该能结合两者的语义，比如下面的代码：

void f(volatile _Atomic int* x) {
    atomic_fetch_add_explicit(x, 0, memory_order_relaxed);
}

本应迫使编译器生成对x执行原子读-改-写（RMW）操作的指令。但Clang的行为仅符合预期的一部分：它生成的汇编代码只包含加载指令，没有存储操作，并非完整的原子RMW操作。

标准层面的语义保障分析 #

核心疑问是：对于volatile原子RMW操作，实现应当提供哪些保障？

根据ISO C草案N3220 §3.1的定义，“访问”指的是读取或修改对象值的执行时操作，该定义并未将原子RMW操作视为单个访问。但从语义逻辑和标准要求推导：

• volatile的核心要求是：对volatile对象的每一次读取或修改操作都必须被保留，不能被编译器优化消除。
• 原子RMW操作本质是“读取-修改-存储”的原子性组合，对于volatile _Atomic对象来说，读取部分必须是volatile加载，修改后的存储部分也必须是volatile存储，且这两个步骤必须合并为一个原子RMW操作（否则会破坏原子性语义）。

因此，实现至少应当保证：volatile原子RMW操作同时等价于volatile读取和volatile修改，且二者必须合并为单个原子RMW访问（具体实现方式可由实现定义）。

Clang当前只保留加载操作的行为，既违背了volatile对修改操作的保留要求，也不符合原子RMW的语义，更倾向于是一个实现Bug。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user17732522