C++循环前进进度判定：栅栏是否属于原子/同步操作？

标准对前进进度的要求 #

(6.9.2.3p1) 实现可假定任意线程最终会执行以下操作之一：

• 终止；
• 调用std::this_thread::yield函数；
• 调用库I/O函数；
• 通过volatile左值执行访问；
• 执行同步操作或原子操作；
• 继续执行平凡无限循环（[stmt.iter.general]）。[C++23新增]

不符合上述任何操作且不属于“平凡无限循环”的无限循环，会导致未定义行为（UB）。

核心问题 #

针对上述第5点，栅栏（fence）是否属于“同步操作或原子操作”？如果存在一个非平凡无限循环，循环体仅包含atomic_signal_fence()或atomic_thread_fence()且无其他副作用，这类代码是否会触发未定义行为？

目前C++标准并未明确定义或列出“原子操作”的详尽范围：

• 《atomics.fences》章节将栅栏描述为“同步原语”，且栅栏本身没有可观测的实际效果，似乎不应被算作可观测效果；
• 但《atomics.order》p4提到“所有memory_order::seq_cst操作（包括栅栏）”的全序，这又暗示栅栏被视为一种“操作”。

附加问题 #

如果栅栏使用明确标注为无效果的memory_order_relaxed内存顺序，是否会改变结论？

编译器表现差异 #

测试代码 #

bool b = true;
while (b) {
   std::atomic_signal_fence(std::memory_order_relaxed);
}

• Clang：会直接删除整个循环，甚至不会生成该函数的任何代码——这是编译器处理无条件UB函数的典型行为；
• GCC：会生成无限空循环，尽管它会删除不含栅栏的同类循环。对于atomic_thread_fence，GCC会生成带屏障指令的无限循环，其他内存顺序下也存在类似差异。

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