volatile关键字

1 volatile

C/C++ 中的 volatile 关键字和 const 对应，用来修饰变量，通常用于建立语言级别的 memory barrier。这是 BS 在 "The C++ Programming Language" 对 volatile 修饰词的说明：

A volatile specifier is a hint to a compiler that an object may change its value in ways not specified by the language so that aggressive optimizations must be avoided.

• volatile 关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改，比如：操作系统、硬件或者其它线程等。

• 应对场景：遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化。这是因为volatile提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变，因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候，都会直接从变量地址中读取数据。如果没有volatile关键字，则编译器可能优化读取和存储，就极有可能暂时使用寄存器中的值，此时这个变量由别的线程更新了的话，将出现不一致的现象

• 示例：int volatile vInt; 当要求使用volatile声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。例如：

1.1 volatile的功能

• （1）volatile可理解为“编译器警告指示字”

• （2）volatile告诉编译器必须每次去内存中取变量值

• （3）volatile主要修饰可能被多个线程访问的变量

• （4）volatile也可以修饰可能被未知因数更改的变量

1.2 const volatile int i=0;

const volatile int i=0;这是一个有趣的语句：

• 首先const修改i，其被定义为一个常量，不能更改，只能初始化( “const”含义是“请做为常量使用”，而并非“放心吧，那肯定是个常量”。)
• volatile也修饰了i，告诉编译器变量极有可能被未知因素更改，每次访问读值都有去内存取值( “volatile”的含义是“请不要做没谱的优化，这个值可能变掉的”，而并非“你可以修改这个值”。)

这两个使用并不矛盾，所以这里的i的属性是在本程序中，i应该是只读的，不应该被修改的，但是它也可能被外部的例如中断，共享的线程通过某种方式修改(如其他线程直接调用汇编去修改)，所以这里也不该被编译器优化，虽然它是只读的不该被修改的，但是它还是会改变，我们在本程序中使用的时候，还是要每次都去读它的值，这是一种“双重保险”。

因此，const和volatile放在一起的意义在于：

• （1）本程序段中不能对a作修改，任何修改都是非法的，或者至少是粗心，编译器应该报错，防止这种粗心；
• （2）另一个程序段则完全有可能修改，因此编译器最好不要做太激进的优化。

1.3 volatile 指针

和 const 修饰词类似，const 有常量指针和指针常量的说法，volatile 也有相应的概念：

• 修饰由指针指向的对象、数据是 const 或 volatile 的：

  const char* cpch;
  volatile char* vpch;

• 指针自身的值——一个代表地址的整数变量，是 const 或 volatile 的：

  char* const pchc;
  char* volatile pchv;

1.4 volatile不能保证线程安全

• 对于非原子操作，即使有volatile修饰，但也不能保证线程安全：

  int volatile a = 0;
  void fun() {
  	for (int j = 0; j < 100000; j++)
  		++a;
  }
  int main()
  {
  	vector<thread> vec(10);
  	for (int i = 0; i < 10; ++i)
  	{
  		vec[i] = thread(fun);
  	}
  	for (auto& it : vec)
  		it.join();
  	cout << a << endl;
  }

  输出：

  267423

• 对于原子操作，volatile能够保证线程安全

  atomic<int> volatile a = 0;

  输出

  1000000