C++ 學習筆記:C++ 中 Volatile 變量學習


 1. 爲什麼用 volatile?

    C/C++ 中的 volatile 關鍵字和 const 對應,用來修飾變量,使用格式和 const 一樣,通常用於建立語言級別的 memory barrier。這是 BS 在 "The C++ Programming Language" 對 volatile 修飾詞的說明:

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 關鍵字是一種類型修飾符,用它聲明的類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、硬件或者其它線程等。遇到這個關鍵字聲明的變量,編譯器對訪問該變量的代碼就不再進行優化,從而可以提供對特殊地址的穩定訪問。當要求使用 volatile 聲明的變量的值的時候,系統總是重新從它所在的內存讀取數據,即使它前面的指令剛剛從該處讀取過數據,而且讀取的數據立刻被保存

例如,如下代碼:

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

    return 0;
}
在 C 語言中輸出結果是 1, 1,所以 C 語言可以通過指針間接修改 const 變量的值。
我們重點要說的是在 C++ 中輸出結構是 0, 1原因是:
C++中的常量摺疊:指 const 變量(即常量)值放在編譯器的符號表中,計算時編譯器直接從表中取值,省去了訪問內存的時間,從而達到了優化。編譯器只對 const 變量的值讀取一次。所以打印 i 是 0
但是,如果加上 volatile 能做到改變 C++ 中 const 變量的值,因爲,volatile 告訴編譯器不要去優化這個變量,所以,常量 i 就會每次都從內存讀取。

    同樣,對於“內嵌彙編操縱棧”這種方式,屬於編譯無法識別的變量改變volatile 關鍵字也可以發揮了它的作用。另外更多的可能是多線程併發訪問共享變量時,一個線程改變了變量的值,怎樣讓改變後的值對其它線程 visible。一般說來,volatile 用在如下的幾個地方: 
1) 中斷服務程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加 volatile; 
2) 多任務環境下各任務間共享的標誌應該加 volatile; 
3) 存儲器映射的硬件寄存器通常也要加 volatile 說明,因爲每次對它的讀寫都可能由不同意義;

2.volatile 指針

    和 const 修飾詞類似,const 有常量指針和指針常量的說法,volatile 也有相應的概念:

  • 修飾由指針指向的對象、數據是 constvolatile

  • 指針自身的值——一個代表地址的整數變量,是 constvolatile

    注意:

(1) 可以把一個非 volatile int 賦給 volatile int,但是不能把非volatile 對象賦給一個volatile 對象。
(2) 除了基本類型外,對用戶定義類型也可以用 volatile 類型進行修飾。
(3) C++ 中一個有 volatile 標識符的類只能訪問它接口的子集,一個由類的實現者控制的子集。用戶只能用 const_cast 來獲得對類型接口的完全訪問。此外,volatile  const 一樣會從類傳遞到它的成員。

3. 多線程下的 volatile   

    有些變量是用 volatile 關鍵字聲明的。當兩個線程都要用到某一個變量且該變量的值會被改變時,應該用 volatile 聲明,該關鍵字的作用是防止優化編譯器把變量從內存裝入 CPU 寄存器中。如果變量被裝入寄存器,那麼兩個線程有可能一個使用內存中的變量,一個使用寄存器中的變量,這會造成程序的錯誤執行。volatile 的意思是讓編譯器每次操作該變量時一定要從內存中真正取出,而不是使用已經存在寄存器中的值。 


參考:這個地方

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