21. C++ volatile关键字

C++中volatile关键字

1. volatile关键字

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 barrie。

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。声明时语法：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：

volatile int i=10;   
int a = i;   
     
// 其他代码，并未明确告诉编译器，对 i 进行过操作    
int b = i; 

一般说来，volatile用在如下的几个地方：

• 中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；
• 多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；
• 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：

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;   

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向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，如下：

volatile BOOL bStop = FALSE; 

在一个线程中：

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

在另外一个线程中，要终止上面的线程循环：

bStop = TRUE; 
while( bStop ); //等待上面的线程终止，如果bStop不使用volatile申明，那么这个循环将是一个死循环，
                //因为bStop已经读取到了寄存器中，本线程的寄存器中bStop的值永远不会变成FALSE，加上volatile，
                //程序在执行时，每次均从内存中读出bStop的值，就不会死循环了(这里面需要注意的是 线程都拥有自己的寄存器)

这个关键字是用来设定某个对象的存储位置在内存中，而不是寄存器中。因为一般的对象编译器可能会将其的拷贝放在寄存器中用以加快指令的执行速度。

4. 补充：关于const volatile修饰变量

const volatile int a;

（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。

按照个人理解总结const作用于本程序或者本线程范围内，而volatile适用于多线程情况，作用于全局范围内，控制线程之间对此变量的访问地点，即内存。

5. 附加

• volatile如何通过内存屏障保证可见性与有序性？

volatile修饰的变量，在每个读操作（load操作）之前都加上Load屏障，强制从主内存读取最新的数据。每次在assign赋值后面，加上Store屏障，强制将数据刷新到主内存。

其实说白了就是通过一个屏障让volatile的变量每次读都读主存，每次修改后立即刷到主存里面。

好比线程A修改 i 后立即将值刷到主存里面，后面线程B用到的时候强制从主存读取，这个时候它能看到的值是线程A修改之后的值了。也就是通过这种方式来保证多线程之间的可见性吧。

这个volatile写的时候前面加StoreStore屏障、写的后面加StoreLoad屏障来禁止重排序的我看懂了。当volatile读的时候加什么屏障来禁止重排序？

• volatile为什么保证不了原子性？

线程A执行 i++ 结果后将 i = 1 赋值给工作内存；但是这个时候**还没来的将最新的结果刷新回主内存的时候，**线程B就使用读取主内存的旧值 i = 0 ，然后执行use指令将 i = 0的值传递给线程B去进行操作了。

即使这个时候线程A立即将 i = 1刷入主内存，那也晚了；线程B已经使用旧值 i = 0进行操作了，像这种情况计算结果就不对了。