volatile关键字

Posted 2021-03-18

首先简单介绍一下编译器对代码优化的概念：

编译器优化

：在不影响程序结果的情况下，改变程序的执行顺序提高效率
优化级别有：
O0 O1 O2 O3
优先级别越高，优化的越厉害
如何优化？在此介绍volatile，我们只谈优化的一个方式，就是将频繁使用的变量直接加载到离cpu很近的寄存器中。

我们先来看如下代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
int flag=1;
void Handler(int signo){
printf("signo=%d
",signo);
flag=0;
}
int main(){
signal(2,Handler);
while(flag){}                                                                                                        
}

在不优化的情况下直接进行编译，我们可预见：程序运行起来，当给这个进程发送二号信号flag值才会变为0使循环结束程序运行结束。
但当用O2使编译器对这个代码进行优化时，就会发现按下ctrl+c发送2号信号时，循环依旧不会停止。这是为什么呢？
原来:
在编译器在优化过程中，若编译器判定某个数据是一个比较高的开销，然后编译器没有检测到有代码修改这个数据，便会把频繁使用的数据放到了寄存器中（while循环频繁使用flag，Handle函数虽对他进行修改但是由内核调用的，编译器并不知道），编译器就可能作出了错误的判断，这时就直接把flag这个值优化到寄存器里了，Handle函数对flag的修改只是改变了内存中的flag并没有改变寄存器中的flag，因而while判断时用到寄存器中的flag一直是1.所以循环就结束不了。
为了避免这种编译器的错误决措，我们引入volatile关键字
这个关键字修饰变量就是告诉编译器，这个变量必须每次都从内存中读，不敢直接加载到寄存器中，即volatile的目的就是保持内存可见性

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
volatile int flag=1;
void Handler(int signo){
printf("signo=%d
",signo);
flag=0;
}
int main(){
signal(2,Handler);
while(flag){}                                                                                                        
}

在flag前加上volatile，这时候不管怎么优化flag都是从内存中读取的，一改变他就可以读入新的值，因而这个程序当接收到2信号时就可以正常退出了。

volatile要经常使用在多线程中，因为编译器对于多执行流的情况不太会判断，所以volatile经常要使用在多线程来让cpu用的变量都是新的。

与volatile相对的是register，即告诉编译器把这个变量放到寄存器中。
但是这register个关键字不经常用了因为编译器知道什么变量该放什么不该放，会自动优化。