volatile的理解

落日映苍穹つ 2022-04-12 03:19 252阅读 0赞

一、如何理解呢？

volatile可理解为**防止编译器优化，保持内存可见性；即确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值。**

相当于假设我程序中有一个变量被register修饰，建议编译器优化，则该变量将存储于寄存器中，程序执行效率更快；

这时若加上volatile关键字修饰变量，则编译器将不会优化，直接从内存取值。

精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在[寄存器][Link 1]里的备份。

例如以下代码：

#include<iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
    	const int n = 10;
    	int *p = (int*)&n;
    	*p = 20;
    	cout<<n<<endl;
    	return 0;
    }

输出结果为：

![20181130174754993.png][]

这个怎么解释呢？

*  在编译期间，编译器可能对代码进行优化
 *  当编译器看到此处的n被const修饰，从语义上来讲，n是不期望被修改的
 *  所以优化的时候把n的值存放到寄存器中，以提高访问的效率（当变量是“易变的”，编译器一般都不会考虑将变量放入寄存器中，而是内存，而这里的n被看做“不易被改变的”，随编译器考虑将其放入寄存器中进行优化）
 *  只要以后使用n的地方都去寄存器中取，即使n在内存中的值发生变化，寄存器也不受影响，所以输出的n的值为10

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0pvY2hlYmVkNjY2_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

加上volatile后：

#include<iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
    	volatile const int n = 10;
    	int *p = (int*)&n;
    	*p = 20;
    	cout<<n<<endl;
    	return 0;
    }

运行结果为：

![20181130180019550.png][]

二、volatile将会用来修饰以下这些变量：

1）并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）

*  （一个变量可被const和volatile同时修饰，例如一个只读的状态寄存器）

2）一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量（Non-automatic variables)

*  （一个指针可被volatile修饰，例如当一个中断服务子程序修改一个指向一个buffer的指针时）

3）多线程应用中被几个任务共享的变量

三、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：

volatile int i=10;
    
    int a=i;
    
    //...

//其他代码，并未明确告诉[编译器][Link 2]，对i进行过操作

int b=i;

volatile 指出 i是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从i的地址中读取，因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在b中。而优化做法是，由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作，它会自动把上次读的数据放在b中。而不是重新从i里面读。这样一来，如果i是一个[寄存器变量][Link 3]或者表示一个端口数据就容易出错，所以说volatile可以保证对特殊地址的稳定访问。

[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E5%AF%84%E5%AD%98%E5%99%A8
[20181130174754993.png]: /images/20220412/7c5b066433ab45c09b276abb096f7d35.png
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[20181130180019550.png]: /images/20220412/1a1c70fcc1564256b355641cc97c9e4f.png
[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E7%BC%96%E8%AF%91%E5%99%A8
[Link 3]: https://baike.baidu.com/item/%E5%AF%84%E5%AD%98%E5%99%A8%E5%8F%98%E9%87%8F