汇编下call和ret指令是否有内存屏障的作用？
在汇编语言的世界里，理解 `call` 和 `ret` 指令的行为对于编写高效且正确的程序至关重要。尤其是在多线程环境或者需要精确控制指令执行顺序的情况下，我们常常会想到“内存屏障”这个概念。那么，`call` 和 `ret` 指令本身，是否具备内存屏障的作用呢？
首先，我们需要明确“内存屏障”的定义。简单来说，内存屏障（Memory Barrier，或 Memory Fence）是一种特殊的指令，它强制处理器在执行后续指令之前，必须完成所有在内存屏障指令之前发出的内存访问（读写操作），并且将所有在内存屏障指令之后发出的内存访问推迟到内存屏障指令之后执行。内存屏障的主要作用是解决乱序执行和缓存一致性问题，保证多个处理器或线程之间对内存的访问是可见且有序的。常见的内存屏障指令包括 `mfence` (Intel/AMD), `lfence` (Intel/AMD, load barrier), `sfence` (Intel/AMD, store barrier)。
现在，我们来看看 `call` 和 `ret` 指令。
call 指令的工作原理：
`call` 指令最核心的功能是将程序的执行流程跳转到指定的子程序（函数）入口点，并且将下一条指令的地址（返回地址）压入堆栈。当子程序执行完毕后，可以通过 `ret` 指令返回到调用点之后的那条指令继续执行。
具体来说，一个典型的 `call` 指令（例如 `call function_label`）会执行以下操作：
1. 压栈返回地址： 将当前指令地址（也就是 `call` 指令的下一条指令的地址）压入堆栈。
2. 跳转： 将程序计数器（PC，或 Instruction Pointer IP）设置为 `function_label` 指定的地址，从而开始执行子程序。
ret 指令的工作原理：
`ret` 指令则与 `call` 指令相对应，它的功能是从堆栈中弹出之前 `call` 指令压入的返回地址，并将程序计数器（PC）设置为这个地址，从而实现从子程序返回到调用点。
具体来说，一个典型的 `ret` 指令会执行以下操作：
1. 弹栈返回地址： 从堆栈顶部弹出地址，并将其放入程序计数器（PC）。
那么，它们是否有内存屏障的作用呢？
答案是：否，`call` 和 `ret` 指令本身不具备显式的内存屏障功能。
让我详细解释一下为什么：
1. 指令的本质区别： 内存屏障指令的目的是直接控制内存访问的顺序。它们明确地告诉处理器：“停止！完成所有未完成的内存操作，再继续。”而 `call` 和 `ret` 指令的本质是控制程序的执行流程。它们改变的是指令的执行顺序，而不是内存访问的顺序。
2. 潜在的间接影响（但不是屏障）：
`call` 指令压栈： `call` 指令在压栈时会执行一次内存写操作（将返回地址写入堆栈）。这个写操作会遵循处理器常规的内存模型和乱序执行规则。如果存在需要立即可见的内存操作，并且希望这个写操作（返回地址压栈）能够影响后续的内存可见性，那么简单一个 `call` 是不够的。
`ret` 指令弹栈： `ret` 指令从堆栈弹出地址时会执行一次内存读操作。同样，这个读操作也遵循常规的内存模型。
3. 乱序执行的考虑： 现代处理器为了提高性能，会进行指令级别的乱序执行。这意味着处理器可能会重新排列指令的执行顺序，只要不改变程序的最终结果。
一个 `call` 指令可能会被处理器推迟执行，或者其内部的压栈操作可能与之前的其他内存写操作被乱序。
同样，一个 `ret` 指令的弹栈读取操作，也可能被处理器推迟，或者处理器可能会在 `ret` 指令之前就预取并执行 `ret` 指令后的指令。
如果一个程序员依赖 `call` 或 `ret` 来强制某个内存操作的可见性，那将是一个非常危险且不正确的做法。因为处理器的乱序策略是复杂的，并且可能因具体的处理器架构和微码更新而异。
4. 为什么需要显式的内存屏障？
考虑一个多线程场景：线程 A 正在更新一个共享变量 `flag`，然后调用一个函数 `process_data`。线程 B 在 `process_data` 函数中读取 `flag`。为了确保线程 B 能够看到线程 A 对 `flag` 的更新，线程 A 在设置 `flag` 后，通常会插入一个内存屏障，然后再调用 `process_data`。这个内存屏障确保了 `flag` 的写操作在 `call` 指令之前完成并且对其他处理器可见。
如果线程 A 仅仅是 `mov flag, 1; call process_data`，那么处理器可能会在 `flag` 被写入堆栈之前就执行 `call` 指令，甚至可能将 `flag` 的写操作推迟到 `call` 之后，或者在 `call` 之后才完成 `flag` 的写操作。如果此时线程 B 正在等待 `flag` 的变化，它就可能看不到最新的值。
总结：
`call` 和 `ret` 指令的主要功能是控制程序的执行流程，通过压栈和弹栈返回地址来实现函数调用和返回。
它们不包含任何显式的指令来强制内存访问的顺序，因此不具备内存屏障的作用。
在需要保证内存操作顺序的场景下，必须使用专门的内存屏障指令（如 `mfence`, `lfence`, `sfence`）。
依赖 `call` 和 `ret` 来达到内存屏障的效果是错误的，并且会导致难以调试的并发问题。
所以，当你在汇编中遇到 `call` 和 `ret` 时，请将它们理解为控制流程的跳转指令，而不是内存访问顺序的“守门员”。如果你的目标是确保特定内存操作的可见性和顺序，请务必显式地插入内存屏障指令。
首先，我们需要明确“内存屏障”的定义。简单来说，内存屏障（Memory Barrier，或 Memory Fence）是一种特殊的指令，它强制处理器在执行后续指令之前，必须完成所有在内存屏障指令之前发出的内存访问（读写操作），并且将所有在内存屏障指令之后发出的内存访问推迟到内存屏障指令之后执行。内存屏障的主要作用是解决乱序执行和缓存一致性问题，保证多个处理器或线程之间对内存的访问是可见且有序的。常见的内存屏障指令包括 `mfence` (Intel/AMD), `lfence` (Intel/AMD, load barrier), `sfence` (Intel/AMD, store barrier)。
现在，我们来看看 `call` 和 `ret` 指令。
call 指令的工作原理：
`call` 指令最核心的功能是将程序的执行流程跳转到指定的子程序（函数）入口点，并且将下一条指令的地址（返回地址）压入堆栈。当子程序执行完毕后，可以通过 `ret` 指令返回到调用点之后的那条指令继续执行。
具体来说，一个典型的 `call` 指令（例如 `call function_label`）会执行以下操作：
1. 压栈返回地址： 将当前指令地址（也就是 `call` 指令的下一条指令的地址）压入堆栈。
2. 跳转： 将程序计数器（PC，或 Instruction Pointer IP）设置为 `function_label` 指定的地址，从而开始执行子程序。
ret 指令的工作原理：
`ret` 指令则与 `call` 指令相对应，它的功能是从堆栈中弹出之前 `call` 指令压入的返回地址，并将程序计数器（PC）设置为这个地址，从而实现从子程序返回到调用点。
具体来说，一个典型的 `ret` 指令会执行以下操作：
1. 弹栈返回地址： 从堆栈顶部弹出地址，并将其放入程序计数器（PC）。
那么，它们是否有内存屏障的作用呢？
答案是：否，`call` 和 `ret` 指令本身不具备显式的内存屏障功能。
让我详细解释一下为什么：
1. 指令的本质区别： 内存屏障指令的目的是直接控制内存访问的顺序。它们明确地告诉处理器：“停止！完成所有未完成的内存操作，再继续。”而 `call` 和 `ret` 指令的本质是控制程序的执行流程。它们改变的是指令的执行顺序，而不是内存访问的顺序。
2. 潜在的间接影响（但不是屏障）：
`call` 指令压栈： `call` 指令在压栈时会执行一次内存写操作（将返回地址写入堆栈）。这个写操作会遵循处理器常规的内存模型和乱序执行规则。如果存在需要立即可见的内存操作，并且希望这个写操作（返回地址压栈）能够影响后续的内存可见性，那么简单一个 `call` 是不够的。
`ret` 指令弹栈： `ret` 指令从堆栈弹出地址时会执行一次内存读操作。同样，这个读操作也遵循常规的内存模型。
3. 乱序执行的考虑： 现代处理器为了提高性能，会进行指令级别的乱序执行。这意味着处理器可能会重新排列指令的执行顺序，只要不改变程序的最终结果。
一个 `call` 指令可能会被处理器推迟执行，或者其内部的压栈操作可能与之前的其他内存写操作被乱序。
同样，一个 `ret` 指令的弹栈读取操作，也可能被处理器推迟，或者处理器可能会在 `ret` 指令之前就预取并执行 `ret` 指令后的指令。
如果一个程序员依赖 `call` 或 `ret` 来强制某个内存操作的可见性，那将是一个非常危险且不正确的做法。因为处理器的乱序策略是复杂的，并且可能因具体的处理器架构和微码更新而异。
4. 为什么需要显式的内存屏障？
考虑一个多线程场景：线程 A 正在更新一个共享变量 `flag`，然后调用一个函数 `process_data`。线程 B 在 `process_data` 函数中读取 `flag`。为了确保线程 B 能够看到线程 A 对 `flag` 的更新，线程 A 在设置 `flag` 后，通常会插入一个内存屏障，然后再调用 `process_data`。这个内存屏障确保了 `flag` 的写操作在 `call` 指令之前完成并且对其他处理器可见。
如果线程 A 仅仅是 `mov flag, 1; call process_data`，那么处理器可能会在 `flag` 被写入堆栈之前就执行 `call` 指令，甚至可能将 `flag` 的写操作推迟到 `call` 之后，或者在 `call` 之后才完成 `flag` 的写操作。如果此时线程 B 正在等待 `flag` 的变化，它就可能看不到最新的值。
总结：
`call` 和 `ret` 指令的主要功能是控制程序的执行流程，通过压栈和弹栈返回地址来实现函数调用和返回。
它们不包含任何显式的指令来强制内存访问的顺序，因此不具备内存屏障的作用。
在需要保证内存操作顺序的场景下，必须使用专门的内存屏障指令（如 `mfence`, `lfence`, `sfence`）。
依赖 `call` 和 `ret` 来达到内存屏障的效果是错误的，并且会导致难以调试的并发问题。
所以，当你在汇编中遇到 `call` 和 `ret` 时，请将它们理解为控制流程的跳转指令，而不是内存访问顺序的“守门员”。如果你的目标是确保特定内存操作的可见性和顺序，请务必显式地插入内存屏障指令。
网友意见
首先，线程安全和乱序不是一回事。
线程安全更强调的是cache的一致性，而你说的这个是乱序，乱序并不会破坏实际运行结果。
乱序的意义在于：如果有两条互相不干扰的指令，那么CPU可能会对实际的指令执行进行重排，但这种重排多数只是在局部意义上，call指令如果分支预测失败，流水线就直接被清空的，原来重排的结果自然不会被保留。
指令重排（乱序）是指在不干扰实际执行结果的情况下的重排，来实现加速，如果在语义明确的情况下重排导致结果不一致，那是硬件bug。
具体到你说的new的问题，new的实现在汇编层面上十分巨大，已经超越了乱序的范畴了，一次发射几百条汇编指令的CPU目前是不存在的，所以你用这段汇编来表达对new实现的疑惑是不对的。
硬件层面上来看，call指令操作的内存只会写入到多核的某一个核心的L1 cache上，并不会通告给其它的核，除非是显式的调用mfence这类指令。new的线程安全指的是你new出一个对象以后，这个对象分配的内存区域是确定的，不会被分配给其它对象，但对于new出对象里的构造函数来说，new不保证内部的操作一定是安全的，因为这部分代码是用户自己写的，构造函数里如果非要访问一个未保护的对象，new本身不能保证任何东西。
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题主对C++的实现理解也有问题，题主认为构造函数是在new的过程中发生的，从语言层面上可以这么理解（具体不了解规范的定义，我对C++不熟），但从汇编层面上，C++的实现是先new，然后再调构造函数，所以根本不存在new的过程中初始化数据的问题。
汇编层面上：先是调用operator new，分配好内存以后返回，再调用构造函数，这已经明显是两步了。
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