关于memory_order_relaxed的线程重排疑问及书与演讲的矛盾

对比Anthony Williams所著《C++ Concurrency in Action》与某演讲内容时，发现二者对std::memory_order_relaxed的描述存在矛盾。

演讲中的示例代码如下：

// 主线程
std::atomic<int> x(0), y(0);

// 线程1
int r1 = x.load(std::memory_order_relaxed);
y.store(r1, std::memory_order_relaxed);

// 线程2
int r2 = y.load(std::memory_order_relaxed);
x.store(42, std::memory_order_relaxed);

演讲者称r1=r2=42是合法结果，理由是编译器可以自由重排线程2的指令；但书中提到不同变量的relaxed操作需遵循线程内的happens-before关系，似乎不允许此类重排。此外书中的“隔间隐喻”也无法解释该示例中出现非初始值的情况。

现提出两个问题：

1. 同一线程内的relaxed操作是否允许重排？
2. 如何调和书籍与演讲的内容差异？

问题1：同一线程内的relaxed操作是否允许重排？ #

是的，同一线程内针对不同原子变量的memory_order_relaxed操作允许被编译器或CPU重排，只要不违反单线程的“as-if”规则（即单线程执行结果与程序顺序执行结果一致）。

C++标准中，线程内的happens-before关系基于程序顺序，但memory_order_relaxed的语义本身不提供跨线程同步，也不强制线程内操作的执行顺序与程序顺序完全一致——唯一的硬约束是：单线程内对同一个原子变量的操作必须遵循程序顺序（比如对x的两次relaxed操作不能重排），但不同原子变量的relaxed操作之间没有顺序强制。

回到示例中的线程2：y.load(relaxed)和x.store(42, relaxed)是针对不同变量的操作，完全可以被重排为x.store(42)先执行，再执行y.load()，这就可能导致线程1读取到x的42值，进而让r1=r2=42成为合法结果。

问题2：如何调和书籍与演讲的内容差异？ #

《C++ Concurrency in Action》中提到的“线程内的happens-before关系”，本质是指单线程内的操作在逻辑上的先后顺序对本线程是可见的，但这并不等同于“操作不能被重排”——重排是编译器/CPU的优化行为，只要单线程的最终执行结果和程序顺序执行的结果一致，就符合标准。

书中的“隔间隐喻”是为了简化解释relaxed操作不提供跨线程同步的特性（每个线程有自己的“隔间”，操作不会主动同步到其他隔间），但这个隐喻没有覆盖“线程内操作重排”的场景。而演讲者的描述更聚焦于relaxed操作的底层优化可能性，二者的核心观点并不矛盾：

• 书籍强调的是单线程内操作的逻辑正确性（比如线程1中x.load的结果一定会被y.store使用，不会因为重排导致y.store拿到无效值）；
• 演讲者强调的是跨线程视角下，不同变量的relaxed操作顺序可能被打乱，从而出现看似“反直觉”的结果（比如r1=r2=42）。

简单来说，书籍的描述从单线程逻辑正确性角度出发，演讲则从跨线程内存可见性角度阐述relaxed操作的宽松特性，二者都符合C++标准，只是侧重点不同。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者MaPo