C++ 学习笔记：C++ 中 Volatile 变量学习

Posted 2022-12-07 Hot Autumn

 1. 为什么用 volatile?

    C/C++ 中的 volatile 关键字和 const 对应，用来修饰变量，使用格式和 const 一样，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。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，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。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，如下代码：

int main() 
    const int i = 0;
    int *j = (int *) &i;
    *j = 1;
    printf("%d,%d", i, *j);

    return 0;

在  C 语言中输出结果是 1, 1，所以 C 语言可以通过指针间接修改 const 变量的值。
我们重点要说的是在 C++ 中输出结构是 0, 1。 原因是：
C++中的常量折叠：指 const 变量（即常量）值放在编译器的符号表中，计算时编译器直接从表中取值，省去了访问内存的时间，从而达到了优化。编译器只对 const 变量的值读取一次。所以打印 i 是 0 。
但是，如果加上 volatile 能做到改变 C++ 中 const 变量的值，因为，volatile 告诉编译器不要去优化这个变量，所以，常量 i 就会每次都从内存读取。

    同样，对于“内嵌汇编操纵栈”这种方式，属于编译无法识别的变量改变，volatile 关键字也可以发挥了它的作用。另外更多的可能是多线程并发访问共享变量时，一个线程改变了变量的值，怎样让改变后的值对其它线程 visible。一般说来，volatile 用在如下的几个地方： 
1) 中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加 volatile； 
2) 多任务环境下各任务间共享的标志应该加 volatile； 
3) 存储器映射的硬件寄存器通常也要加 volatile 说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义；

2.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

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

    注意：

(1) 可以把一个非 volatile int 赋给 volatile int，但是不能把非volatile 对象赋给一个volatile 对象。
(2) 除了基本类型外，对用户定义类型也可以用 volatile 类型进行修饰。
(3) C++ 中一个有 volatile 标识符的类只能访问它接口的子集，一个由类的实现者控制的子集。用户只能用 const_cast 来获得对类型接口的完全访问。此外，volatile 像 const 一样会从类传递到它的成员。

3. 多线程下的 volatile   

    有些变量是用 volatile 关键字声明的。当两个线程都要用到某一个变量且该变量的值会被改变时，应该用 volatile 声明，该关键字的作用是防止优化编译器把变量从内存装入 CPU 寄存器中。如果变量被装入寄存器，那么两个线程有可能一个使用内存中的变量，一个使用寄存器中的变量，这会造成程序的错误执行。volatile 的意思是让编译器每次操作该变量时一定要从内存中真正取出，而不是使用已经存在寄存器中的值。 

参考：这个地方