原子对象的值计算结果是否为未指定行为？C++标准与实例解析

标准依据 #

根据C++标准[intro.races]第14款规定：
原子对象M的值（由求值B确定）应当是某个修改M的副作用A所存储的值，其中B不先于A发生。

这里的“某个修改M的副作用A”指修改顺序中任意一个可能的值，这一点可通过PR #6501确认。

代码实例 #

std::atomic<int> v{0};
auto c = [](){v.store(1,std::memory_order::release); return 1;}();
auto c2 = [](){v.store(2,std::memory_order::release); return 2;}();

int main(){
   auto r = v.load(std::memory_order::acquire); // #1
}

问题核心 #

已知#1处的加载操作不会先于上述两个存储操作发生，那么#1处的值计算结果是修改顺序中的最新值，还是可以是0、1、2中的任意一个（即属于未指定行为）？当前编译器实现中结果始终为2，但该结果是否是确定的，还是仅为未指定行为的一种表现？

分析结论 #

#1处的结果属于未指定行为，理论上可读取到1或2，但绝不可能是0，具体原因如下：

• 全局变量的初始化（包括两个lambda的立即调用）都发生在main函数执行之前，根据C++标准，这些初始化的副作用（v.store(1)和v.store(2)）都happens beforemain中的加载操作#1，因此加载操作不可能读取到初始值0。
• C++标准并未强制规定这两个release存储操作的执行顺序。实际编译器中结果始终为2，是因为初始化代码按源码顺序执行，v.store(2)在v.store(1)之后完成，修改顺序里2是最新值，但这只是编译器的实现选择，而非标准要求的必然结果。
• 依据[intro.races] p14的规则，加载操作只需读取任意一个不早于自身发生的存储副作用的值即可，这里两个存储操作都满足条件，因此标准允许读取1或2。编译器返回2只是未指定行为的一种常见表现，而非确定结果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者xmh0511