Producer consumer problem in C++: not working as expected

I am learning multithreading.
I took the example for ‘Producer-Consumer Problem ‘ in Operating Systems Concepts by Silberschartz, Galvin and Gagne, and wrote it in C++.

Here code in the book:

Producer

    while (true) {
        /*produce an item in next_produced*/
    
        while (counter == BUFFER_SIZE)
            ; /*do nothing*/
    
        buffer[in] = next_produced;
        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
        counter++;
    }

Consumer

while (true) {
    /*produce an item in next_produced*/

    while (counter == 0)
        ; /*do nothing*/

    next_consumed = buffer[out];
    out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
    counter--;
}

The author explains why this is incorrect, because the increment or decrement of counter is a ‘critical section’. So this will result in race conditions.

I wrote the following code in C++, with the critical section protected by a mutex.

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

constexpr int BUFFER_SIZE = 5;
constexpr int CLIENT_BUFFER_SIZE = 10;
constexpr int NUM_DATA_TO_GENERATE = 7;
constexpr int END_OF_DATA = -1;

int buffer[BUFFER_SIZE];
int count = 0;
int clientBuffer[CLIENT_BUFFER_SIZE] = {};

std::mutex m;

int nextProduced()
{
    static int i = 0;
    static int counter = 0;
    counter++;
    if (counter == NUM_DATA_TO_GENERATE)
    {
        return END_OF_DATA;
    }

    const int arr[] = { 100, 200, 300, 400, 500 };
    const int arrLen = sizeof(arr) / sizeof(int);
    int next = arr[i];
    i = (i + 1) % arrLen;
    return next;
}

void producer()
{
    int in = 0;
    while (true)
    {
        while (count == BUFFER_SIZE);

        int next = nextProduced();
        buffer[in] = next;

        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;

        std::unique_lock<std::mutex> lck{ m };
        count++;

        if (next == END_OF_DATA)
        {
            break;
        }
    }
}

void consumer()
{

    int out = 0;
    int cbCounter = 0;

    while (true)
    {
        while (count == 0);

        int next = buffer[out];
        out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
        clientBuffer[cbCounter++] = next;

        std::unique_lock<std::mutex> lck{ m };
        count--;

        if (next == END_OF_DATA)
        {
            break;
        }
    }
}

int main()
{
    std::thread t1{ producer };
    std::thread t2{ consumer };
    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Client Buffer" << std::endl;
    for (int i = 0; i < CLIENT_BUFFER_SIZE; i++)
    {
        std::cout << clientBuffer[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;

}

The function nextProduced simply produces a stream of data 100 , 200 , 300 , 400, 500, a fixed number of times after which it produces the data ‘END_OF_DATA’ signalling we have ended our data.

This code doesn’t work (gets into an infinite loop) when compiled with optimization O2 or O3 enabled. It works as expected if compiled without any optimization.

After some debugging with extensive use of print statements, at some point I got the indication that the loop

while (count == BUFFER_SIZE);

and/or

while (count == 0);

didn’t work. I changed the definition of count to volatile int count and it worked.
Can someone explain this behavior ?
Why is this code wrong? If it is not wrong, why does it work if the shared variable is declared as volatile?

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật