编译器是否允许合并relaxed内存序的重复原子存储？为何未做该优化？

以下代码：

#include <atomic>

std::atomic_bool b;

void store2() {
    b.store(true, std::memory_order::relaxed);
    b.store(true, std::memory_order::relaxed);
}

GCC、MSVC和Clang均生成如下两条mov指令：

store2():
  mov     BYTE PTR b[rip], 1
  mov     BYTE PTR b[rip], 1
  ret
b:
  .zero   1

是否允许将这两次原子存储合并为一条mov指令？我认为这不会违反std::memory_order::relaxed的限制，因为其他线程观察到的效果与单次存储一致。

若该操作是允许的，为何主流编译器不执行这一简单优化？

是否允许合并？ #

是，这种合并完全符合C++标准。对于std::memory_order::relaxed的原子操作，标准仅要求两点：

• 同一线程内的操作遵循程序顺序（线程自身能感知代码的执行顺序）
• 对同一原子对象的所有操作，存在全局一致的修改顺序（所有线程看到的对象修改序列统一）

两次存储相同值的relaxed原子操作合并后，完全满足上述约束：其他线程观察到的对象状态变化和原代码完全一致，既不会破坏线程内的程序顺序，也不会打破修改顺序的一致性。

为什么主流编译器不做这个优化？ #

主要有以下几个原因：

1. 优化性价比极低：这种连续存储相同值的relaxed原子操作在实际代码中出现频率极低，编译器团队会优先投入资源到收益更大的常见优化（比如循环展开、死代码消除、函数内联等）。
2. 原子操作的优化约束：编译器对原子操作的优化有严格的安全限制，要实现这种合并，需要额外开发逻辑检测“连续存储相同值的relaxed原子操作”，会增加编译器的复杂度，还容易引入语义bug。
3. 硬件已兜底优化：在x86等主流架构下，现代CPU会在执行阶段自动合并这类冗余存储，两次mov的实际执行开销和单次存储几乎无区别，编译器无需额外处理。
4. 调试与可预测性：保留原始操作序列，能让开发者在调试时直观看到代码的原始意图，符合编译器“尽量保留用户代码行为可见性”的设计原则。

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