1、為什么用volatile?

C/C++ 中的 volatile 關(guān)鍵字和 const 對(duì)應(yīng)，用來(lái)修飾變量，通常用于建立語(yǔ)言級(jí)別的 memory barrier。這是 BS 在 “The C++ Programming Language” 對(duì) volatile 修飾詞的說(shuō)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 關(guān)鍵字是一種類(lèi)型修飾符，用它聲明的類(lèi)型變量表示可以被某些編譯器未知的因素更改，比如：操作系統(tǒng)、硬件或者其它線程等。遇到這個(gè)關(guān)鍵字聲明的變量，編譯器對(duì)訪問(wèn)該變量的代碼就不再進(jìn)行優(yōu)化，從而可以提供對(duì)特殊地址的穩(wěn)定訪問(wèn)。聲明時(shí)語(yǔ)法：int volatile vInt; 當(dāng)要求使用 volatile 聲明的變量的值的時(shí)候，系統(tǒng)總是重新從它所在的內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)，即使它前面的指令剛剛從該處讀取過(guò)數(shù)據(jù)。而且讀取的數(shù)據(jù)立刻被保存。例如：

volatile int i=10;  int a = i;  ...  // 其他代碼，并未明確告訴編譯器，對(duì) i 進(jìn)行過(guò)操作  int b = i;

volatile 指出 i 是隨時(shí)可能發(fā)生變化的，每次使用它的時(shí)候必須從 i的地址中讀取，因而編譯器生成的匯編代碼會(huì)重新從i的地址讀取數(shù)據(jù)放在 b 中。而優(yōu)化做法是，由于編譯器發(fā)現(xiàn)兩次從 i讀數(shù)據(jù)的代碼之間的代碼沒(méi)有對(duì) i 進(jìn)行過(guò)操作，它會(huì)自動(dòng)把上次讀的數(shù)據(jù)放在 b 中。而不是重新從 i 里面讀。這樣以來(lái)，如果 i是一個(gè)寄存器變量或者表示一個(gè)端口數(shù)據(jù)就容易出錯(cuò)，所以說(shuō) volatile 可以保證對(duì)特殊地址的穩(wěn)定訪問(wèn)。注意，在 VC 6 中，一般調(diào)試模式?jīng)]有進(jìn)行代碼優(yōu)化，所以這個(gè)關(guān)鍵字的作用看不出來(lái)。下面通過(guò)插入?yún)R編代碼，測(cè)試有無(wú) volatile 關(guān)鍵字，對(duì)程序最終代碼的影響，輸入下面的代碼：

然后，在 Debug 版本模式運(yùn)行程序，輸出結(jié)果如下：

i = 10  i = 32

然后，在 Release 版本模式運(yùn)行程序，輸出結(jié)果如下：

i = 10  i = 10

輸出的結(jié)果明顯表明，Release 模式下，編譯器對(duì)代碼進(jìn)行了優(yōu)化，第二次沒(méi)有輸出正確的 i 值。下面，我們把 i 的聲明加上 volatile 關(guān)鍵字，看看有什么變化：

分別在 Debug 和 Release 版本運(yùn)行程序，輸出都是：

i = 10  i = 32

這說(shuō)明這個(gè) volatile 關(guān)鍵字發(fā)揮了它的作用。其實(shí)不只是內(nèi)嵌匯編操縱棧”這種方式屬于編譯無(wú)法識(shí)別的變量改變，另外更多的可能是多線程并發(fā)訪問(wèn)共享變量時(shí)，一個(gè)線程改變了變量的值，怎樣讓改變后的值對(duì)其它線程 visible。一般說(shuō)來(lái)，volatile用在如下的幾個(gè)地方：

• 1) 中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測(cè)的變量需要加 volatile；
• 2) 多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標(biāo)志應(yīng)該加 volatile；
• 3) 存儲(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加 volatile 說(shuō)明，因?yàn)槊看螌?duì)它的讀寫(xiě)都可能由不同意義；

2、volatile 指針

和 const 修飾詞類(lèi)似，const 有常量指針和指針常量的說(shuō)法，volatile 也有相應(yīng)的概念：

修飾由指針指向的對(duì)象、數(shù)據(jù)是 const 或 volatile 的：

const char* cpch;  volatile char* vpch;

注意：對(duì)于 VC，這個(gè)特性實(shí)現(xiàn)在 VC 8 之后才是安全的。

指針自身的值——一個(gè)代表地址的整數(shù)變量，是 const 或 volatile 的：

char* const pchc;  char* volatile pchv;

注意：

• (1) 可以把一個(gè)非volatile int賦給volatile int，但是不能把非volatile對(duì)象賦給一個(gè)volatile對(duì)象。
• (2) 除了基本類(lèi)型外，對(duì)用戶定義類(lèi)型也可以用volatile類(lèi)型進(jìn)行修飾。
• (3) C++中一個(gè)有volatile標(biāo)識(shí)符的類(lèi)只能訪問(wèn)它接口的子集，一個(gè)由類(lèi)的實(shí)現(xiàn)者控制的子集。用戶只能用const_cast來(lái)獲得對(duì)類(lèi)型接口的完全訪問(wèn)。此外，volatile向const一樣會(huì)從類(lèi)傳遞到它的成員。

3、多線程下的volatile

有些變量是用 volatile 關(guān)鍵字聲明的。當(dāng)兩個(gè)線程都要用到某一個(gè)變量且該變量的值會(huì)被改變時(shí)，應(yīng)該用 volatile 聲明，該關(guān)鍵字的作用是防止優(yōu)化編譯器把變量從內(nèi)存裝入 CPU 寄存器中。如果變量被裝入寄存器，那么兩個(gè)線程有可能一個(gè)使用內(nèi)存中的變量，一個(gè)使用寄存器中的變量，這會(huì)造成程序的錯(cuò)誤執(zhí)行。volatile 的意思是讓編譯器每次操作該變量時(shí)一定要從內(nèi)存中真正取出，而不是使用已經(jīng)存在寄存器中的值，如下：

volatile  BOOL  bStop  =  FALSE;

(1) 在一個(gè)線程中：

while(  !bStop  )  {  ...  }    bStop  =  FALSE;    return;    

(2) 在另外一個(gè)線程中，要終止上面的線程循環(huán)：

bStop  =  TRUE;    while(  bStop  );  //等待上面的線程終止，如果bStop不使用volatile申明，那么這個(gè)循環(huán)將是一個(gè)死循環(huán)，因?yàn)閎Stop已經(jīng)讀取到了寄存器中，寄存器中bStop的值永遠(yuǎn)不會(huì)變成FALSE，加上volatile，程序在執(zhí)行時(shí)，每次均從內(nèi)存中讀出bStop的值，就不會(huì)死循環(huán)了。

這個(gè)關(guān)鍵字是用來(lái)設(shè)定某個(gè)對(duì)象的存儲(chǔ)位置在內(nèi)存中，而不是寄存器中。因?yàn)橐话愕膶?duì)象編譯器可能會(huì)將其的拷貝放在寄存器中用以加快指令的執(zhí)行速度，例如下段代碼中：

...    int  nMyCounter  =  0;    for(;  nMyCounter<100;nMyCounter++)    {    ...    }    ...

在此段代碼中，nMyCounter 的拷貝可能存放到某個(gè)寄存器中（循環(huán)中，對(duì) nMyCounter 的測(cè)試及操作總是對(duì)此寄存器中的值進(jìn)行），但是另外又有段代碼執(zhí)行了這樣的操作：nMyCounter -= 1; 這個(gè)操作中，對(duì) nMyCounter 的改變是對(duì)內(nèi)存中的 nMyCounter 進(jìn)行操作，于是出現(xiàn)了這樣一個(gè)現(xiàn)象：nMyCounter 的改變不同步。

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