VS2017 Community中OpenMP代码疑似Bug的技术问询

环境信息 #

• 操作系统：Windows 10（SDK 10.0.18362.0）
• 编译器：VS2017 Community 版本15.9.34，工具集v141

测试代码 #

#include <iostream>

int main()
{
    bool isFirst = true;

#pragma omp parallel shared(isFirst)
    {
        int values[35];

#pragma omp for schedule(dynamic)
        for (int i = 0; i < 4; i++) {

#pragma omp critical
            {
                if (isFirst) {
                    isFirst = false;
                    std::cout << i << std::endl;
                }
                std::fill_n(values, 35, 3);
            }

        }

    }
}

现象与临时修复 #

预期共享变量isFirst仅为true一次，程序仅输出一个数值，但实际输出多个无序值（如3、2、0、1）。临时修复方法包括：

• 修改std::cout的输出内容
• 将bool isFirst = true;改为bool isFirst[1] = {true};并使用isFirst[0]
• 移除std::fill_n(values, 35, 3);语句

问题解答 #

1. 是本人疏漏还是Visual Studio的Bug？ #

这是Visual Studio 2017 v141工具集的编译器Bug，和代码逻辑无关。

代码本身符合OpenMP规范：通过critical区域保证对共享变量isFirst的互斥访问，理论上只有第一个进入临界区的线程会将isFirst设为false并输出数值。但编译器优化时，对栈上的isFirst变量做了错误的缓存处理——即便标记为shared，编译器也没正确同步临界区内的修改，导致多个线程读取到的isFirst仍为true。

临时修复的逻辑也能印证这一点：

• 改用数组isFirst[1]时，变量存储区域的特性让编译器不会过度缓存，线程能正确读取修改后的值；
• 移除std::fill_n或修改cout输出，会改变编译器的优化策略，规避了错误的缓存行为。

2. 能否复现该Bug？ #

可以复现。在指定的VS2017环境下多次运行代码，大概率会出现多输出的情况；开启编译器优化（如O2等级）后，复现概率会更高。

3. 该问题是否出现在其他VS版本或编译器中？ #

• 后续VS版本：VS2019及更高版本（对应v142及以上工具集）已修复此问题，运行相同代码只会输出一个数值，符合预期。
• 其他编译器：GCC、Clang等支持OpenMP的主流编译器，运行该代码均能得到预期结果，不会出现多输出情况，说明这是MSVC v141工具集特有的优化Bug。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者nbonneel